IGBT驅(qū)動(dòng)器
IGBT驅(qū)動(dòng)器
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT模塊)在今天的電力電子領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，
在實(shí)際使用中除IGBT自身外，IGBT 驅(qū)動(dòng)器的作用對(duì)整個(gè)換流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)同樣
至關(guān)重要。驅(qū)動(dòng)器的選擇及輸出功率的計(jì)算決定了換流系統(tǒng)的可靠性。
驅(qū)動(dòng)器功率不足或選擇錯(cuò)誤可能會(huì)直接導(dǎo)致 IGBT 和驅(qū)動(dòng)器損壞。以下總
結(jié)了一些關(guān)于IGBT驅(qū)動(dòng)器輸出性能的計(jì)算方法以供選型時(shí)參考。 IGBT
的開(kāi)關(guān)特性主要取決于IGBT的門(mén)極電荷及內(nèi)部和外部的電阻。圖1是IGBT
門(mén)極電容分布示意圖，其中CGE 是柵極-發(fā)射極電容、CCE 是集電極-發(fā)射
極電容、CGC 是柵極-集電極電容或稱(chēng)米勒電容（Miller Capacitor）。
門(mén)極輸入電容Cies 由CGE 和CGC 來(lái)表示，它是計(jì)算IGBT 驅(qū)動(dòng)器電路所需
輸出功率的關(guān)鍵參數(shù)。該電容幾乎不受溫度影響，但與IGBT集電極-發(fā)射
極電壓VCE 的電壓有密切聯(lián)系。在IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的電容Cies 的值，
在實(shí)際電路應(yīng)用中不是一個(gè)特別有用的參數(shù)，因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)電橋測(cè)得的，
在測(cè)量電路中，加在集電極上C 的電壓一般只有25V(有些廠家為10V)，
在這種測(cè)量條件下，所測(cè)得的結(jié)電容要比VCE=600V 時(shí)要大一些(如圖2)。
由于門(mén)極的測(cè)量電壓太低(VGE=0V )而不是門(mén)極的門(mén)檻電壓，在實(shí)際開(kāi)關(guān)
中存在的米勒效應(yīng)（Miller 效應(yīng)）在測(cè)量中也沒(méi)有被包括在內(nèi)，在實(shí)際
使用中的門(mén)極電容Cin值要比IGBT 數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的電容Cies 值大很多。
因此，在IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的電容Cies值在實(shí)際應(yīng)用中僅僅只能作為一
個(gè)參考值使用。 確定IGBT 的門(mén)極電荷 對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)
，*重要的參數(shù)是門(mén)極電荷QG(門(mén)極電壓差時(shí)的IGBT 門(mén)極總電荷)，如果
在IGBT 數(shù)據(jù)手冊(cè)中能夠找到這個(gè)參數(shù)，那么我們就可以運(yùn)用公式計(jì)算出
：門(mén)極驅(qū)動(dòng)能量 E = QG ? UGE = QG ? [ VG(on) - VG(off) ] 門(mén)極
驅(qū)動(dòng)功率 PG = E ? fSW = QG ? [ VG(on) - VG(off) ] ? fSW 驅(qū)動(dòng)
器總功率 P = PG + PS（驅(qū)動(dòng)器的功耗） 平均輸出電流 IoutAV =
PG / ΔUGE = QG ? fSW *高開(kāi)關(guān)頻率 fSW max. = IoutAV(mA) / QG
(μC) 峰值電流 IG MAX = ΔUGE / RG min = [ VG(on) - VG(off) ]
/ RG min 其中的 RG min = RG extern + RG intern fsw max. :
*高開(kāi)關(guān)頻率IoutAV : 單路的平均電流QG : 門(mén)極電壓差時(shí)的 IGBT門(mén)極總
電荷RG extern : IGBT 外部的門(mén)極電阻RG intern : IGBT 芯片內(nèi)部的門(mén)
極電阻但是實(shí)際上在很多情況下，數(shù)據(jù)手冊(cè)中這個(gè)門(mén)極電荷參數(shù)沒(méi)有給出，
門(mén)極電壓在上升過(guò)程中的充電過(guò)程也沒(méi)有描述。這時(shí)候*好是按照 IEC
60747-9-2001 - Semiconductor devices - Discrete devices - Part
9: Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) 所給出的測(cè)試方
法測(cè)量出開(kāi)通能量E，然后再計(jì)算出QG。 E = ∫IG ? ΔUGE ? dt =
QG ? ΔUGE 這種方法雖然準(zhǔn)確但太繁瑣，一般情況下我們可以簡(jiǎn)單地
利用IGBT數(shù)據(jù)手 冊(cè)中所給出的輸入電容Cies值近似地估算出門(mén)極電荷：
如果IGBT數(shù)據(jù)表給出的Cies的條件為VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，
那么可以近似的認(rèn)為Cin=4.5Cies， 門(mén)極電荷 QG ≈ ΔUGE ? Cies ?
4.5 = [ VG(on) - VG(off) ] ? Cies ? 4.5 Cies : IGBT的輸入電容
（Cies 可從IGBT 手冊(cè)中找到） 如果IGBT數(shù)據(jù)表給出的Cies的條件為
VCE = 10 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，那么可以近似的認(rèn)為Cin=2.2Cies，
門(mén)極電荷 QG ≈ ΔUGE ? Cies ? 2.2 = [ VG(on) - VG(off) ] ?
Cies ? 2.2 Cies : IGBT的輸入電容（Cies 可從IGBT 手冊(cè)中找到）
如果IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中已經(jīng)給出了正象限的門(mén)極電荷曲線，那么只用Cies
近似計(jì)算負(fù)象限的門(mén)極電荷會(huì)更接近實(shí)際值： 門(mén)極電荷 QG ≈ QG(on)
+ ΔUGE ? Cies ? 4.5 = QG(on) + [ 0 - VG(off) ] ? Cies ? 4.5
-- 適用于Cies 的測(cè)試條件為 VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT
門(mén)極電荷 QG ≈ QG(on) + ΔUGE ? Cies ? 2.2 = QG(on) + [ 0 -
VG(off) ] ? Cies ? 2.2 -- 適用于Cies 的測(cè)試條件為 VCE = 10 V,
VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT 當(dāng)為各個(gè)應(yīng)用選擇IGBT驅(qū)動(dòng)器時(shí)，必須
考慮下列細(xì)節(jié)： ? 驅(qū)動(dòng)器必須能夠提供所需的門(mén)極平均電流IoutAV 及
門(mén)極驅(qū)動(dòng)功率PG。驅(qū)動(dòng)器的*大平均輸出電流必須大于計(jì)算值。 ? 驅(qū)
動(dòng)器的輸出峰值電流IoutPEAK 必須大于等于計(jì)算得到的*大峰值電流。
? 驅(qū)動(dòng)器的*大輸出門(mén)極電容量必須能夠提供所需的門(mén)極電荷以對(duì)IGBT
的門(mén)極充放電。在POWER-SEM 驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)表中，給出了每脈沖的*大輸
出電荷，該值在選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)必須要考慮。 另外在IGBT驅(qū)動(dòng)器選擇中
還應(yīng)該注意的參數(shù)包括絕緣電壓Visol IO 和dv/dt 能力。IGBT驅(qū)動(dòng)器
