驱动板的计算方法

1、绝缘栅双极型晶体管(IGBT在今天的电力电子领域中已经得到广泛的应用，在实际使用中除IGBT自身外，IGBT 驱动器的作用对整个换流系统来说同样至关重要。驱动器的选择及输出功率的计算决定了换流系统的可靠性。驱动器功率不足或选择错误可能会直接导致 IGBT 和驱动器损坏。以下总结了一些关于IGBT驱动器输出性能的计算方法以供选型时参考。 IGBT 的开关特性主要取决于IGBT的门极电荷及内部和外部的电阻。图1是IGBT 门极电容分布示意图，其中CGE 是栅极-发射极电容、CCE 是集电极-发射极电容、CGC 是栅极-集电极电容或称米勒电容（Miller Capacitor）。门极输入电容Cies

2、 由CGE 和CGC 来表示，它是计算IGBT 驱动器电路所需输出功率的关键参数。该电容几乎不受温度影响，但与IGBT集电极-发射极电压VCE 的电压有密切联系。在IGBT数据手册中给出的电容Cies 的值，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，在测量电路中，加在集电极上C 的电压一般只有25V(有些厂家为10V，在这种测量条件下，所测得的结电容要比VCE=600V 时要大一些(如图2。由于门极的测量电压太低(VGE=0V 而不是门极的门槛电压，在实际开关中存在的米勒效应（Miller 效应）在测量中也没有被包括在内，在实际使用中的门极电容Cin值要比IGBT 数据手

3、册中给出的电容Cies 值大很多。因此，在IGBT数据手册中给出的电容Cies值在实际应用中仅仅只能作为一个参考值使用。 确定IGBT 的门极电荷 对于设计一个驱动器来说，最重要的参数是门极电荷QG(门极电压差时的IGBT 门极总电荷，如果在IGBT 数据手册中能够找到这个参数，那么我们就可以运用公式计算出： 图一 门极驱动能量 E = QG ? UGE = QG ? VG(on - VG(off 门极驱动功率 PG = E ? fSW = QG ? VG(on - VG(off ? fSW 驱动器总功率 P = PG + PS（驱动器的功耗） 平均输出电流 IoutAV = PG / UGE

4、 = QG ? fSW 最高开关频率 fSW max. = IoutAV(mA / QG(C 峰值电流 IG MAX = UGE / RG min = VG(on - VG(off / RG min 其中的 RG min = RG extern + RG intern fsw max. : 最高开关频率IoutAV : 单路的平均电流QG : 门极电压差时的 IGBT门极总电荷RG extern : IGBT 外部的门极电阻RG intern : IGBT 芯片内部的门极电阻但是实际上在很多情况下，数据手册中这个门极电荷参数没有给出，门极电压在上升过程中的充电过程也没有描述。 图2 这时候最好

5、是按照 IEC 60747-9-2001 - Semiconductor devices - Discrete devices - Part 9: Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs 所给出的测试方法测量出开通能量E，然后再计算出QG。 E = IG ? UGE ? dt = QG ? UGE 这种方法虽然准确但太繁琐，一般情况下我们可以简单地利用IGBT数据手 册中所给出的输入电容Cies值近似地估算出门极电荷： 如果IGBT数据表给出的Cies的条件为VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，那么可以近似的认为Cin=4

6、.5Cies， 门极电荷 QG UGE ? Cies ? 4.5 = VG(on - VG(off ? Cies ? 4.5 Cies : IGBT的输入电容（Cies 可从IGBT 手册中找到） 如果IGBT数据表给出的Cies的条件为VCE = 10 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，那么可以近似的认为Cin=2.2Cies， 门极电荷 QG UGE ? Cies ? 2.2 = VG(on - VG(off ? Cies ? 2.2 Cies : IGBT的输入电容（Cies 可从IGBT 手册中找到） 如果IGBT数据手册中已经给出了正象限的门极电荷曲线，那么只用Cies

7、近似计算负象限的门极电荷会更接近实际值： 门极电荷 QG QG(on + UGE ? Cies ? 4.5 = QG(on + 0 - VG(off ? Cies ? 4.5 - 适用于Cies 的测试条件为 VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT 门极电荷 QG QG(on + UGE ? Cies ? 2.2 = QG(on + 0 - VG(off ? Cies ? 2.2 - 适用于Cies 的测试条件为 VCE = 10 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT 当为各个应用选择IGBT驱动器时，必须考虑下列细节： ? 驱动器必须能

8、够提供所需的门极平均电流IoutAV 及门极驱动功率PG。驱动器的最大平均输出电流必须大于计算值。 ? 驱动器的输出峰值电流IoutPEAK 必须大于等于计算得到的最大峰值电流。 ? 驱动器的最大输出门极电容量必须能够提供所需的门极电荷以对IGBT 的门极充放电。在POWER-SEM 驱动器的数据表中，给出了每脉冲的最大输出电荷，该值在选择驱动器时必须要考虑。 另外在IGBT驱动器选择中还应该注意的参数包括绝缘电压Visol IO 和dv/dt 能力。 编辑本段IGBT驱动电路中栅极电阻Rg的作用及选取方法 一、栅极电阻Rg的作用 1、消除栅极振荡 绝缘栅器件(IGBT、MOSFET的栅射（或

9、栅源）极之间是容性结构，栅极回路的寄生电感又是不可避免的，如果没有栅极电阻，那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡，因此必须串联一个电阻加以迅速衰减。 2、转移驱动器的功率损耗 电容电感都是无功元件，如果没有栅极电阻，驱动功率就将绝大部分消耗在驱动器内部的输出管上，使其温度上升很多。 3、调节功率开关器件的通断速度 栅极电阻小，开关器件通断快，开关损耗小；反之则慢，同时开关损耗大。但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高，从而产生较大的干扰，严重的将使整个装置无法工作，因此必须统筹兼顾。 二、栅极电阻 的选取 1、栅极电阻阻值的确定 各种不同的考虑下，栅极电阻的选取会有

10、很大的差异。初试可如下选取： IGBT额定电流(A 50 100 200 300 600 800 1000 1500 Rg阻值范围( 1020 5.610 3.97.5 35.6 1.63 1.32.2 12 0.81.5 不同品牌的IGBT模块可能有各自的特定要求，可在其参数手册的推荐值附近调试。 2、栅极电阻功率的确定 栅极电阻的功率由IGBT栅极驱动的功率决定，一般来说栅极电阻的总功率应至少是栅极驱动功率的2倍。 IGBT栅极驱动功率 PFUQ，其中： F 为工作频率； U 为驱动输出电压的峰峰值； Q 为栅极电荷，可参考IGBT模块参数手册。 例如，常见IGBT驱动器(如TX-KA10

11、1输出正电压15V，负电压-9V，则U=24V， 假设 F=10KHz，Q=2.8uC 可计算出 P=0.67w ，栅极电阻应选取2W电阻，或2个1W电阻并联。 三、设置栅极电阻的其他注意事项 1、尽量减小栅极回路的电感阻抗，具体的措施有： a 驱动器靠近IGBT减小引线长度； b 驱动的栅射极引线绞合，并且不要用过粗的线； c 线路板上的 2 根驱动线的距离尽量靠近； d 栅极电阻使用无感电阻； e 如果是有感电阻，可以用几个并联以减小电感。 2、IGBT 开通和关断选取不同的栅极电阻 通常为达到更好的驱动效果，IGBT开通和关断可以采取不同的驱动速度，分别选取 Rgon和Rgoff（也称 Rg+ 和 Rg- ）往往是很必要的。 IGBT驱动器有些是开通和关断分别输出