igbt驱动电路参数计算详解

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1、IGBT驱动电路参数计算详解大功率IGBT模块在使用中驱动器至关重要，本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法，经验公式及有关CONCEPT驱动板的选型标准，得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。1门极驱动的概念IGBT存在门极-发射极电容Cge，门极-集电极电容Cgc，我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg，门极驱动回路的等效电路如下图所示：其本质是：一个脉冲电压源向RC电路进行充放电，对于这个电压源，有2个物理量我们需要关心，1.它的功率；2.它的峰值电流

2、。2驱动功率的计算驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on，或者是对门极进行放电至门极关断电压VGE_off。门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。这个参数我们称为驱动功率PDRV。驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。驱动功率可以从门极电荷量QGate，开关频率fIN，以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate计算得出：PDRV =QGate *fIN *ΔVG

3、ate        (Eq.1)备注：PDRV:驱动器每通道输出功率；fIN:IGBT开关频率；QGate :IGBT门极电荷，可从规格书第一页查出，不同IGBT该数值不同；ΔVGate:门极驱动电压摆幅，等于驱动正压+U和负压–U之间差值。如果门极回路放置了一个电容CGE(辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1所示：图1.带外接阻容的门级驱动只要CGE在一个周期内被完全的充放电，那么RGE值并不影响所需驱动功率。驱动功率可以从以下公式得出：P DRV =QGATE *fIN *

4、ΔVGATE +CGE *fIN*ΔVGATE2   (Eq.2)这个功率是每个IGBT驱动时必须的，但门极的充放电是没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻及外部电路中。注意：这个功率是表示在电路中实际需要的，而在驱动电路中的其它损耗（包括供电电源损耗）不包含在内。驱动器中DC/DC变换器的总输出功率在concept公司智能驱动板说明书中被标明了，对于半桥电路驱动器，由于总变换器功率被标明了，因此总输出功率的一半即是每个通道的功率。另外，还有一部分功率损失在驱动电路元件中。总功率损耗通常是由一个

5、静态的、固定的损耗加上最终驱动损耗组成。Concept驱动板静态损耗描述如下：IHD215/280/680每个通道0.4WIHD580FX每个通道0.8WIGD608/615AX整个板0.5WIGD508/515EX（无光藕元件）0.5W在IGD508/515中，光藕的发送及接收所损失的功率应被计算在内。光藕接收器所用的5V电源是由外部16V供电电源线性变换得来，这部分的损耗应该用＋16V乘以电流计算，而不是用＋5V计算。每个通道的静态损耗也可通过测量得到，具体如下：断开输入侧的电压供应（DC/DC变

6、换器的逆流），16V的电压直接加在Cs，COM脚两端（等效副边电容）。驱动板在静态时的消耗电流（没有输入脉冲时）同有脉冲工作时一样，能够直接从电路中的电流表读出。以上公式是在门极驱动电流不发生谐振的条件下得出的。只要这个开关过程是IGBT门极从完全打开到完全关断或者反过来，则驱动功率并不依赖于门极电阻及占空比的变化而变化。接下来我们来看如何确定门极电荷量QGate。3 门极电荷量QGate绝不能从IGBT或MOSFET的输入电容Cies计算得出。Cies仅仅是门极电荷量曲线在原点(VGE=0V)时的一

7、阶近似值。在IGBT手册中的电容值Ciss，在实际电路应用中不是一个特别有用的参数，因为它是通过电桥测得的，由于测量电压太小而不能到达门极门槛电压，在实际开关中增加的内部回馈效应（Miller效应）在测量中未被包括在内。在测量电路中，一个25V的电压加在集电极“C”上，在这种测量构架下，所测结电容要比Vce＝0V时要小一些。因此，Ciss仅仅只能在IGBT互相作比较时使用。我们在选择和设计IGBT驱动器时经常会碰到一些问题和不确定因素。部分原因是厂家对IGBT描述的不够充分；另一方面是由于IGBT手册

8、中所给的输入结电容Ciss值与在应用中的实际的输入结电容值相差甚远。依据手册中的Ciss值作设计，令许多开发人员走入歧途。对于设计一个驱动器来讲，最重要的参数是门极电荷，在很多情况下，IGBT数据手册中这个参数没有给出，另外，门极电压在上升过程中的充电过程也未被描述。功率半导体的门极电荷量曲线是极其非线性的。这就是为什么QGate必须通过对门极电荷量曲线在VGE_off到VGE_on的区域内积分获得。无论如何，门极的充电过程相对而言能够简单地通过测量得到