關(guān)鍵字：IGBT

      中心議題：

      • 柵極電荷體現(xiàn)IGBT的特性

      • 如何測量和確定柵極電荷

      • 驅(qū)動器輸出功率和柵極電流

      • IGBT驅(qū)動器的選擇

      解決方案：

      • 輸入電容CGC和CGE是計算IGBT關(guān)鍵參數(shù)

      • 柵極導(dǎo)通電壓VG（on）和關(guān)斷電壓VG（off）之差計算刪極-發(fā)射極電壓

      • 驅(qū)動器的zui大平均輸出電流必須大于計算值

      絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）在電力電子領(lǐng)域已經(jīng)普及，并被用于許多應(yīng)用中，如變頻器、電源和電子驅(qū)動器。IGBT具有較高的反向電壓（高達(dá)6.5kV），開關(guān)電流zui大可達(dá)3kA。

      除功率模塊自身外，電力電子系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵組件是IGBT驅(qū)動器，它是功率晶體管和控制器之間重要的接口。驅(qū)動器的選擇及其準(zhǔn)確輸出功率的計算決定了轉(zhuǎn)換器解決方案的可靠性。驅(qū)動器功率不足或選擇錯誤可能會導(dǎo)致模塊和驅(qū)動器故障。以下總結(jié)了一些計算用于開關(guān)IGBT的驅(qū)動器輸出性能的方法。

      柵極電荷體現(xiàn)IGBT的特性

      IGBT模塊的開關(guān)特性主要取決于半導(dǎo)體電容（電荷）及內(nèi)部和外部的電阻。

 當(dāng)在集電極-發(fā)射極電壓非常低時這種依賴性大幅提高，電壓高時依賴性下降。當(dāng)IGBT導(dǎo)通時，IGBT的特性由柵極電荷來體現(xiàn)。

      如何測量和確定柵極電荷

      柵極電荷可以通過一個簡化的測試電路進(jìn)行測量。當(dāng)柵極電壓VGE用示波器進(jìn)行測量時，柵極由一個恒流源（QG=I*t）驅(qū)動。所確定的柵極電荷曲線可被用來計算驅(qū)動IGBT所需的每脈沖柵極電荷。

柵極充電特性

      總的刪極-發(fā)射極電壓可通過考慮所施加的柵極導(dǎo)通電壓VG（on）和關(guān)斷電壓VG（off）之差來進(jìn)行計算。來自IGBT數(shù)據(jù)表的圖表顯示了在正象限和負(fù)象限的柵極電荷曲線。如果柵極電荷曲線只在正象限給出，則柵極電荷的幅值可由外插法讀出。即使在沒有柵極電荷曲線的情況下，通過使用輸入電容Cies=CGE+CGC這一準(zhǔn)確度稍差的方法也能確定柵極電荷。

      驅(qū)動器輸出功率和柵極電流

      驅(qū)動IGBT所需觸發(fā)電路的單獨功率可被視作是預(yù)期開關(guān)頻率和能量的函數(shù)，該能量用于對IGBT進(jìn)行充放電。驅(qū)動器輸出功率PGD（out）等于電能E乘（VG（on）-?fSW）。E等于柵極電荷乘以導(dǎo)通和關(guān)斷電壓的差值，

      對于IGBT驅(qū)動器電路的另一個關(guān)鍵要求是要有足夠的電流可用于IGBT輸入電容的充放電，從而導(dǎo)通和關(guān)斷IGBT。柵極電流可用IGBT輸入電容充電的方程來計算。

      IGBT的開關(guān)時間受IGBT柵極的充放電控制。如果柵極峰值電流增大，則導(dǎo)通和關(guān)斷時間將變短，且開關(guān)損耗減少。

      這顯然也影響其他開關(guān)參?QG數(shù)，如必須被監(jiān)視的過電壓應(yīng)力。柵極充電電流可由柵極電阻RG（on）和RG（off）控制。理論峰值電流可以很容易計算出，

      這里，IGBT模塊的內(nèi)部柵極電阻RG（int）必須加以考慮。而在實際中，雜散電感使峰值電流小于可能的理論值。在某個IGBT驅(qū)動器的數(shù)據(jù)表中，所給出的zui大峰值電流是當(dāng)柵極電阻為zui小值時的電流。

      如果這兩個zui大和zui小的范圍都超過了，其結(jié)果是驅(qū)動器的輸出可能會受到損害。

IGBT的電容和柵極電流

      IGBT驅(qū)動器的選擇

      選取合適的IGBT驅(qū)動器需要考慮幾點。驅(qū)動器的zui大平均輸出電流必須大于計算值，且驅(qū)動器的zui大柵極峰值電流必須等于或大于zui大計算柵極峰值電流。驅(qū)動器的輸出電容必須能夠提供IGBT柵極充放電所需的柵極電荷。

      當(dāng)選擇一個合適的驅(qū)動器時，驅(qū)動器數(shù)據(jù)表中所列出的每脈沖zui大電荷必須被充分地考慮到。無論哪種應(yīng)用，都可以很容易地通過使用DriverSel工具來選擇合適的驅(qū)動器。

      DriverSel是一款免費軟件工具，可從下載。它基于上述的特點和方程，根據(jù)所選擇的IGBT模塊類型、并聯(lián)模塊的數(shù)量、柵極電阻、開關(guān)頻率以及集電極-發(fā)射極電壓計算出合適的IGBT驅(qū)動器。該工具可用于驅(qū)動器的計算，任何品牌和IGBT封裝的選擇，以及計算所需的柵極電荷和平均電流。

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