igbt驅(qū)動電路參數(shù)計算詳解

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1、IGBT驅(qū)動電路參數(shù)計算詳解大功率IGBT模塊在使用中驅(qū)動器至關(guān)重要，本文介紹在特定應用條件下IGBT門極驅(qū)動性能參數(shù)的計算方法，經(jīng)驗公式及有關(guān)CONCEPT驅(qū)動板的選型標準，得出的一些參數(shù)值可以作為選擇一款合適IGBT驅(qū)動器的基本依據(jù)。1門極驅(qū)動的概念I(lǐng)GBT存在門極-發(fā)射極電容Cge，門極-集電極電容Cgc，我們將IGBT的門極等效電容定義為Cg，門極驅(qū)動回路的等效電路如下圖所示：其本質(zhì)是：一個脈沖電壓源向RC電路進行充放電，對于這個電壓源，有2個物理量我們需要關(guān)心，1.它的功率；2.它的峰值電流

2、。2驅(qū)動功率的計算驅(qū)動器是用來控制功率器件的導通和關(guān)斷。為了實現(xiàn)此功能，驅(qū)動器對功率器件的門極進行充電以達到門極開通電壓VGE_on，或者是對門極進行放電至門極關(guān)斷電壓VGE_off。門極電壓的兩種電平間的轉(zhuǎn)換過程中，在驅(qū)動器門極驅(qū)動電阻及功率器件組成的回路中產(chǎn)生一定的損耗。這個參數(shù)我們稱為驅(qū)動功率PDRV。驅(qū)動器必須根據(jù)其所驅(qū)動的功率器件所需的驅(qū)動功率來選擇。驅(qū)動功率可以從門極電荷量QGate，開關(guān)頻率fIN，以及驅(qū)動器實際輸出電壓擺幅ΔVGate計算得出：PDRV?=QGate?*fIN?*ΔVG

3、ate????????(Eq.1)備注：PDRV:驅(qū)動器每通道輸出功率；fIN:IGBT開關(guān)頻率；QGate?:IGBT門極電荷，可從規(guī)格書第一頁查出，不同IGBT該數(shù)值不同；ΔVGate:門極驅(qū)動電壓擺幅，等于驅(qū)動正壓+U和負壓–U之間差值。如果門極回路放置了一個電容CGE(輔助門極電容)，那么驅(qū)動器也需要對該電容進行充放電，如圖1所示：圖1.帶外接阻容的門級驅(qū)動只要CGE在一個周期內(nèi)被完全的充放電，那么RGE值并不影響所需驅(qū)動功率。驅(qū)動功率可以從以下公式得出：P?DRV?=QGATE?*fIN?*

4、ΔVGATE?+CGE?*fIN*ΔVGATE2???(Eq.2)這個功率是每個IGBT驅(qū)動時必須的，但門極的充放電是沒有能量損失的，這個功率實際上損失在驅(qū)動電阻及外部電路中。注意：這個功率是表示在電路中實際需要的，而在驅(qū)動電路中的其它損耗（包括供電電源損耗）不包含在內(nèi)。驅(qū)動器中DC/DC變換器的總輸出功率在concept公司智能驅(qū)動板說明書中被標明了，對于半橋電路驅(qū)動器，由于總變換器功率被標明了，因此總輸出功率的一半即是每個通道的功率。另外，還有一部分功率損失在驅(qū)動電路元件中?？偣β蕮p耗通常是由一個

5、靜態(tài)的、固定的損耗加上最終驅(qū)動損耗組成。Concept驅(qū)動板靜態(tài)損耗描述如下：IHD215/280/680每個通道0.4WIHD580FX每個通道0.8WIGD608/615AX整個板0.5WIGD508/515EX（無光藕元件）0.5W在IGD508/515中，光藕的發(fā)送及接收所損失的功率應被計算在內(nèi)。光藕接收器所用的5V電源是由外部16V供電電源線性變換得來，這部分的損耗應該用＋16V乘以電流計算，而不是用＋5V計算。每個通道的靜態(tài)損耗也可通過測量得到，具體如下：斷開輸入側(cè)的電壓供應（DC/DC變

6、換器的逆流），16V的電壓直接加在Cs，COM腳兩端（等效副邊電容）。驅(qū)動板在靜態(tài)時的消耗電流（沒有輸入脈沖時）同有脈沖工作時一樣，能夠直接從電路中的電流表讀出。以上公式是在門極驅(qū)動電流不發(fā)生諧振的條件下得出的。只要這個開關(guān)過程是IGBT門極從完全打開到完全關(guān)斷或者反過來，則驅(qū)動功率并不依賴于門極電阻及占空比的變化而變化。接下來我們來看如何確定門極電荷量QGate。3?門極電荷量QGate絕不能從IGBT或MOSFET的輸入電容Cies計算得出。Cies僅僅是門極電荷量曲線在原點(VGE=0V)時的一

7、階近似值。在IGBT手冊中的電容值Ciss，在實際電路應用中不是一個特別有用的參數(shù)，因為它是通過電橋測得的，由于測量電壓太小而不能到達門極門檻電壓，在實際開關(guān)中增加的內(nèi)部回饋效應（Miller效應）在測量中未被包括在內(nèi)。在測量電路中，一個25V的電壓加在集電極“C”上，在這種測量構(gòu)架下，所測結(jié)電容要比Vce＝0V時要小一些。因此，Ciss僅僅只能在IGBT互相作比較時使用。我們在選擇和設(shè)計IGBT驅(qū)動器時經(jīng)常會碰到一些問題和不確定因素。部分原因是廠家對IGBT描述的不夠充分；另一方面是由于IGBT手冊

8、中所給的輸入結(jié)電容Ciss值與在應用中的實際的輸入結(jié)電容值相差甚遠。依據(jù)手冊中的Ciss值作設(shè)計，令許多開發(fā)人員走入歧途。對于設(shè)計一個驅(qū)動器來講，最重要的參數(shù)是門極電荷，在很多情況下，IGBT數(shù)據(jù)手冊中這個參數(shù)沒有給出，另外，門極電壓在上升過程中的充電過程也未被描述。功率半導體的門極電荷量曲線是極其非線性的。這就是為什么QGate必須通過對門極電荷量曲線在VGE_off到VGE_on的區(qū)域內(nèi)積分獲得。無論如何，門極的充電過程相對而言能夠簡單地通過測量得到