IGBT驱动电流计算

IGBT驱动电流计算IGBT是一种电压驱动的电子开关，正常情况下只要给15V电压就可以饱和导通，实际器件的驱动是给栅极端口电容充放电，还是需要电流的。IGBT驱动电流峰值电流取决于栅极总电阻，电流取决于栅极电荷，但我们一般讲的是峰值电流。驱动的峰值电流很好理解，按照欧姆定律，由驱动电压和驱动电阻决定：但在小阻值驱动回路中，实际测得驱动电流一般比上述公式计算值要小，原因是驱动回路中还有杂散电感存在，因此电流峰值一般为计算值的70%。如果栅极存在振荡，而且是低阻尼振荡的话，驱动电流会大于计算值，这在驱动电路设计中要考虑到。栅极电感对驱动电流的影响：先看一个实测的例子，结果可能出乎你意料，电感大，开通损耗低。图中给出了一个实验测量结果。该实验中，比较了6cm和18cm长的双绞驱动线下的IGBT动态特性，长线18cm，驱动电感LG大，但开通损耗Eon降低了约31mJ。AG£帥（心1'AG£帥（心1'）=94mJ=63mJ*临日箪输*■叩当将驱动连接到IGBT栅极时，不可避免地会存在寄生电感，且寄生电感与栅极电阻串联。这个寄生电感包括引线电感（无论这种连接是线缆或是电路板上的走线），栅极电阻自身电感和与模块栅极结构的电感。栅极引线电感对IGBT开通关断过程的影响如下图所示。引线电感越大，IGBT开通的di/dt和dv/dt越大。然而，关断时开关速度保持不变，但有延迟。4山也和倔俑%的人堆大治延时陆之缎加缩4山也和倔俑%的人堆大治延时陆之缎加缩6（Kffir）电感特性就是阻止电流变化，在电感中电流不能突变，就是说最初时寄生电感阻碍着栅极电容充电，一旦达到最大栅极电流，电感就趋向维持这个电流，释放电感中的能量，就像一个电流源一样为IGBT的栅极电容充电，所以驱动电流是增加的，开通损耗降低。实验发现只有在正负电源驱动中，如-15V/15V驱动的开通过程中才会出现这种现象，单电源，如0V/15V驱动的开通只会延迟，开关速度没变，开通损耗没有降低。这又是为什么呢？对于IGBT，当栅极电压达到阀值电压Uge（to）之前，它是关断的。在栅极电压为0V/15V的驱动器中，如果增加栅极引线电感，一般栅极电压超过Uge（to）后栅极电流才达到最大值。在这种情况下，离开密勒平台后，才会有储存在寄生电感中的能量去充栅极电容，使得栅极电压最终达到15V，这时有点晚了，只会产生开通延迟，不会对开通速度产生影响。在-15V/15V的栅极电压下，情况不同，在栅极电压即将达到Uge（to）时，栅极电流已经达到最大，存储在寄生电感中的能量加快了IGBT开通速度，当然也产生开通延迟。设计驱动电流就是选栅极电阻值这里讲的是实际的驱动电流，不是驱动器输出电流能力。设计驱动电流就是选栅极电阻值，驱动电流大就意味着减小栅极电阻Rg,要使得开关损耗最低，要找到电路不振荡的临界值。HIR:CC-I5V&振荡临界值：HIR:CC-I5V&振荡临界值：含寄生参数的驱动电路，主要关注驱动线的电感，在这里只研究它对振荡临界值的影响。在开通和关断时，假设IGBT的内部电容在开通和关断时，假设IGBT的内部电容CGE恒定，寄生电感Lg和独立的引线电感LGon与LGoff由二阶RLC电路的微分方程推导确定，即：式中，L为栅极路径中电感的总和(H)；Rg为外部和内部栅极电阻的总和(Q)，iG(t)为随时间变化的栅极电流(A)。求解上述微分方程得出Ipeak为:1的二三严0=0.74沈严■emin «Gmin式中，e式中，e为自然对数,e=2.71828。同时可以得到栅极路径中不会引起振荡的最小栅极电阻RG,min为:式中，》Lg为栅极负载电感总和(Lg+Lgm或LG+LG°ff)(H)。从公式中可以看出，如果电感Lg比较大，相应的栅极电阻Rg的值也必须增大，以避免振荡，尤其要注意RGon选值，太小的话，IGBT开通过快，一方面造成二极管的反向恢复损耗增加，甚至会导致续流二极管会发生跳变行为(snap-off),从而引起振荡，还有可能损坏二极管。

£/p：200丫div£/p：200丫div/f:500div上图解读：开通过程中，由于栅极杂散电感太高（Rg电阻没有为此选很大时）导致二极管振荡并超出SOA（1.7kVIGBT模块）举个数值例子：如果驱动为+15V,-10V,那么△U如果驱动为+15V,-10V,那么△Uge=25V,栅极回路电感量为20nH,IGBT的输入电容为30nF,那么：如果设计中栅极电阻取值小于1.63欧姆，驱动电路就会振荡，如果在这一临界值上电路不振荡,那么驱动电流峰值为：如果增加栅极电阻,寄生电感参数影响变小,系数