(完整版)IGBT动态参数

1、IGBT模块参数详解二-IGBT动态参数IGBT模块动态参数是评估IGBT模块开关性能如开关频率、开关损耗、死区时间、驱动功率等的重要依据，本文重点讨论以下动态参数：模块内部栅极电阻、外部栅极电阻、外部栅极电容、IGBT寄生电容参数、栅极充电电荷、IGBT开关时间参数，结合IGBT模块静态参数可全面评估IGBT芯片的性能。RGint :模块内部栅极电阻： 为了实现模块内部芯片均流，模块内部集成有栅极电阻。该电阻值应该被当成总的栅极电 阻的一部分来计算IGBT驱动器的峰值电流能力。IrMTver (kumdsrsland jnftsfnEil gqlQ 咯islorinternal gate r

2、esistor of the IGBTRGext ：外部栅极电阻外部栅极电阻由用户设置，电阻值会影响IGBT的开关性能。二 25-C =125Ig = 450 AVce = 900VVge = t15 VRgdh = 313 0上图中开关测试条件中的栅极电阻为Rgext的最小推荐值。用户可通过加装一个退耦合二极管设置不同的Rgon和Rgoff 。Ra用 R" RTYiis ii ju5t qn 物己而p】曰 TTi/母 和中色 iQtof cicvit to ntafise it15 15 15)Minirnum Rcej(t for IGBTRq +布加石，+ 卅匕皿15-JssM

3、inimum for Driver capability 冒 用 p- A?皿式o +欢加+%廓已知栅极电阻和驱动电压条件下，IGBT驱动理论峰值电流可由下式计算得到，其中栅极电阻值为内部及外部之和。_ %£3露)口询口")Gdr,peak n口Gext 十 KGint实际上，受限于驱动线路杂散电感及实际栅极驱动电路非理想开关特性，计算出的峰值电 流无法达到。如果驱动器的驱动能力不够，IGBT的开关性能将会受到严重的影响。最小的Rgon由开通di/dt限制，最小的Rgoff由关断dv/dt限制，栅极电阻太小容易导致震荡甚至造成IGBT及二极管的损坏。Cge :外部栅极电容:

4、高压IGBT一般推荐外置 Cge以降低栅极导通速度，开通的di/dt及dv/dt被减小，有利 于降低受di/dt影响的开通损耗。125X1c = SOO A Wce = 1800Vtdl/(ft = 4200 A/ps T< = 25/CVge = ±15Vh Lg = 60 nH Rfion 二 3t0 Q, Cge = 220 nFdi/dtdv/dtdi/dtdv/dtIGBT寄生电容参数：i 叩 ut capKt3nt«f= 1 VHz T = 25'C,Vc!=25V.Va = 0V侬吓r&wrw tr 引 ns：* 何/九 nc«

5、t = 1nt L( = »'C,Vcf = 25V,Va=0V1比¥IGBT寄生电容是其芯片的内部结构固有的特性，芯片结构及简单的原理图如下图所示。输入电容Cies及反馈电容Cres是衡量栅极驱动电路的根本要素，输出电容 Coss限制开关转换过程的dv/dt , Coss造成的损耗一般可以被忽略。Parssitic capacitances of an IGBT internal structure s,schematic fc)其中：Cies = C ge + C gc ：输入电容（输出短路）Coss = C GC + C EC：输出电容（输入短路）Cres =

6、 C gc：反馈电容（米勒电容）动态电容随着集电极与发射极电压的增加而减小，如下图所示。手册里面的寄生电容值是在 25V栅极电压测得，CGE的值随着VCE的变化近似为常量。CCG的值强烈依赖于 VCE的值，并可由下式估算出：匚GE * Cies（25V）-Cres（25V） - V25VCgc（Vce） w *一十IGBT所需栅极驱动功率可由下式获得：P二七尸二小%s或者一Qg:栅极充电电荷：忘寄仁必"“Qfi 刷 MC栅极充电电荷可被用来优化栅极驱动电路设计，驱动电路必须传递的平均输出功率可通过栅极电荷、驱动电压及驱动频率获得，如下式:七成产=Qg '(%否- fiw其中的

7、Qg为设计中实际有效的栅极电荷，依赖于驱动器输出电压摆幅，可通过栅极IGBT开关时间参数 电荷曲线进行较精确的近似。Typical gate charge curve of an 1200 V IGBT通过选择对应的栅极驱动输出电压的栅极电荷，实际应该考虑的Qg，可以从上图中获取。工业应用设计中，典型的关断栅极电压常被设置为0V或者-8V ,可由下式近似计算: Q'g = 062，Qgfor 0V/15V Q'g = 0.8 Qgfor -8V/15V例如，IGBT的栅极电荷参数如上表，实际驱动电压为 +15/-8V ,则所需的驱动功率为：PGdr : 2,15河, 0,8 -

8、 (15V + 8V) - 10kHz = 0.41VIGBT开关时间参数：开通延迟时间td(on):开通时，从栅极电压的10%开始到集电极电流上升至最终的10%10%开始到集电极电流上升至最为止，这一段时间被定义为开通延迟时间。开通上升时间tr :开通时，从集电极电流上升至最终值的 终值的90%为止，这一段时间被定义为开通上升时间。关断延迟时间td(off):关断时，从栅极电压下降至其开通值的90%开始到集电极电流下 降到开通值的90%为止，这一段时间被定义为关断延迟时间。关断下降时间tf :关断时，集电极电流由开通值的90%下降到10%之间的时间。开关时间的定义由下图所示：Tl12因为电压

9、的上升下降时间及拖尾电流没有制定，上述开关时间参数无法给出足够的信息用来获取开关损耗。因而，单个脉冲的能量损耗被单独给出，单个脉冲开关损耗可由下列积分公式获得：以制=/ %后左.麻= J UCE-Ic dt单个脉冲的开关时间及能量参数强烈地依赖于一系列具体应用条件，如栅极驱动电路、电路布局、栅极电阻、母线电压电流及结温。因而，手册里的值只能作为IGBT开关性能的参考，需要通过详细的仿真和实验获得较为精确的值。针对半桥拓扑电路，可根据手册里的开关时间参数，设置互补的两个器件在开通及关断时的死区时间。一（0够皿乂 + '/皿熬）一而血血）+ 'PHLu电k TPLH 1向）15j听

10、/ di iver output h®h co low deldytnujF.； drive r output low to high delayE 5cwnwc空于冲)1号咫1： nd Lai tLn-ei S#Uy t4ni lnejet',4 l»diVcc iil* VTm, i 125 CAin 3.3 6It I。就0 30M5收ilrriuklivf L»l：fi-M 1* f白 * i r-dudi e kuid j旧五4曲九的e不就4 ¥LN3*Cv« v= i3S*eIC.06 OJQ四户k -JK JLVc6>

11、;9WWh？¥Cvw -xi$ vtT - ia&xk即0811.OT曜F« E41岫让,.曹 5 sllta：it-r & incuc: w ；mglT-A.Wci -fleevIrr-2SXVafVT., S 12&'Ci = 3iDbD.UD,C2珈时机：.箱*中i PQ Pin S lLTFiKTi Bnsng)i 103sl per 口二媚力=*九¥比=迎>TT| - J5 CVk. «*15 V. L4*fi0nMT” * 127：RzS。E/国AfcMh九引"争X yj $ pr> Py jLiTMflTifiirflji la» gw pdlukA./GE-9QQVK -£5doe 115 V_ La ® eo nMT.