IGBT驱动电阻计算详解.docx

IGBT驱动电路参数计算详解电阻 大功率IGBT 模块在使用中驱动器至关重要，本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法，经验公式及有关CONCEPT 驱动板的选型标准，得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。1 门极驱动的概念 IGBT存在门极-发射极电容Cge，门极-集电极电容Cgc，我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg，门极驱动回路的等效电路如下图所示： 其本质是：一个脉冲电压源向RC电路进行充放电，对于这个电压源，有2个物理量我们需要关心，1.它的功率；2.它的峰值电流。2 驱动功率的计算 驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on，或者是对门极进行放电至门极关断电压VGE_off。 门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。这个参数我们称为驱动功率PDRV。驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。 驱动功率可以从门极电荷量QGate，开关频率fIN，以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate 计算得出：PDRV?= QGate?* fIN?* ΔVGate????????(Eq. 1)备注：PDRV: 驱动器每通道输出功率；fIN: IGBT开关频率；QGate?:IGBT门极电荷，可从规格书第一页查出，不同IGBT该数值不同；ΔVGate:门极驱动电压摆幅，等于驱动正压+U 和负压–U 之间差值。 如果门极回路放置了一个电容CGE (辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1 所示： 图1.带外接阻容的门级驱动只要CGE 在一个周期内被完全的充放电，那么RGE 值并不影响所需驱动功率。驱动功率可以从以下公式得出：P?DRV?= QGATE?* fIN?*ΔVGATE?+ CGE?* fIN*ΔVGATE2?? ?(Eq. 2) 这个功率是每个IGBT 驱动时必须的，但门极的充放电是没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻及外部电路中。 注意：这个功率是表示在电路中实际需要的，而在驱动电路中的其它损耗（包括供电电源损耗）不包含在内。 驱动器中DC/DC 变换器的总输出功率在concept 公司智能驱动板说明书中被标明了，对于半桥电路驱动器，由于总变换器功率被标明了，因此总输出功率的一半即是每个通道的功率。另外，还有一部分功率损失在驱动电路元件中。总功率损耗通常是由一个静态的、固定的损耗加上最终驱动损耗组成。 Concept 驱动板静态损耗描述如下： IHD215/280/680 每个通道0.4W IHD580FX 每个通道0.8W IGD608/615AX 整个板0.5W IGD508/515EX（无光藕元件） 0.5W 在IGD508/515 中，光藕的发送及接收所损失的功率应被计算在内。光藕接收器所用的5V 电源是由外部16V 供电电源线性变换得来，这部分的损耗应该用＋16V 乘以电流 计算，而不是用＋5V 计算。 每个通道的静态损耗也可通过测量得到，具体如下： 断开输入侧的电压供应（DC/DC 变换器的逆流），16V 的电压直接加在Cs ， COM 脚两端（等效副边电容）。驱动板在静态时的消耗电流（没有输入脉冲时）同有脉冲工作 时一样，能够直接从电路中的电流表读出。 以上公式是在门极驱动电流不发生谐振的条件下得出的。只要这个开关过程是IGBT 门极从完全打开到完全关断或者反过来，则驱动功率并不依赖于门极电阻及占空比的变化而变化。接下来我们来看如何确定门极电荷量QGate。 3?门极电荷量QGate 绝不能从IGBT 或MOSFET 的输入电容Cies 计算得出。Cies 仅仅是门极电荷量曲线在原点(VGE=0V)时的一阶近似值。在IGBT 手册中的电容值Ciss，在实际电路应用中不是一个特别有用的参数，因为它是通过电桥测得的，由于测量电压太小而不能到达门极门槛电压，在实际开关中增加的内部回馈效应（Miller 效应）在测量中未被包括在内。在测量电路中，一个25V 的电压加在集电极“C”上，在这种测量构架下，所测结电容要比Vce＝0V 时要小一些。因此，Ciss 仅仅只能在IGBT 互相作比较时使用。我们在选择和设计IGBT 驱动器时经常会碰到一些问题和不确定因素。部分原因是厂家对IGBT 描述的不够充分；另一方面是由于IGBT 手册中所给的输入结电容Ciss 值与在应用中的实际的输入结电容值相差甚远。依据手册中的Ciss 值作设计，令许多开发人员走入歧途。 对于设计一个驱动器来讲，最重要的参数是门极电荷，在很多情况下，IGBT 数据手册中这个参数没有给出，另外，门极电压在上升过程中的充电过程也未被描述。功率半