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IGBT驱动器

日期:2019-11-13 03:25
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摘要: IGBT驱动器 绝缘栅双极型晶体管(IGBT模块)在今天的电力电子领域中已经得到广泛的应用, 在实际使用中除IGBT自身外,IGBT 驱动器的作用对整个换流系统来说同样 至关重要。驱动器的选择及输出功率的计算决定了换流系统的可靠性。 驱动器功率不足或选择错误可能会直接导致 IGBT 和驱动器损坏。以下总 结了一些关于IGBT驱动器输出性能的计算方法以供选型时参考。  IGBT 的开关特性主要取决于IGBT的门极电荷及内部和外部的电阻。图1是IGBT 门极电容分布示意图,其中CGE 是栅极-发射极电容...

 IGBT驱动器

 

 

绝缘栅双极型晶体管(IGBT模块)在今天的电力电子领域中已经得到广泛的应用,
在实际使用中除IGBT自身外,IGBT 驱动器的作用对整个换流系统来说同样
至关重要。驱动器的选择及输出功率的计算决定了换流系统的可靠性。
驱动器功率不足或选择错误可能会直接导致 IGBT 和驱动器损坏。以下总
结了一些关于IGBT驱动器输出性能的计算方法以供选型时参考。  IGBT
 的开关特性主要取决于IGBT的门极电荷及内部和外部的电阻。图1是IGBT
门极电容分布示意图,其中CGE 是栅极-发射极电容、CCE 是集电极-发射
极电容、CGC 是栅极-集电极电容或称米勒电容(Miller Capacitor)。
门极输入电容Cies 由CGE 和CGC 来表示,它是计算IGBT 驱动器电路所需
输出功率的关键参数。该电容几乎不受温度影响,但与IGBT集电极-发射
极电压VCE 的电压有密切联系。在IGBT数据手册中给出的电容Cies 的值,
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,
在测量电路中,加在集电极上C 的电压一般只有25V(有些厂家为10V),
在这种测量条件下,所测得的结电容要比VCE=600V 时要大一些(如图2)。
由于门极的测量电压太低(VGE=0V )而不是门极的门槛电压,在实际开关
中存在的米勒效应(Miller 效应)在测量中也没有被包括在内,在实际
使用中的门极电容Cin值要比IGBT 数据手册中给出的电容Cies 值大很多。
因此,在IGBT数据手册中给出的电容Cies值在实际应用中仅仅只能作为一
个参考值使用。  确定IGBT 的门极电荷  对于设计一个驱动器来说
,*重要的参数是门极电荷QG(门极电压差时的IGBT 门极总电荷),如果
在IGBT 数据手册中能够找到这个参数,那么我们就可以运用公式计算出
:门极驱动能量 E = QG ? UGE = QG ? [ VG(on) - VG(off) ]  门极
驱动功率 PG = E ? fSW = QG ? [ VG(on) - VG(off) ] ? fSW  驱动
器总功率 P = PG + PS(驱动器的功耗)  平均输出电流 IoutAV =
PG / ΔUGE = QG ? fSW  *高开关频率 fSW max. = IoutAV(mA) / QG
(μC)  峰值电流 IG MAX = ΔUGE / RG min = [ VG(on) - VG(off) ]
/ RG min  其中的 RG min = RG extern + RG intern  fsw max. :
*高开关频率IoutAV : 单路的平均电流QG : 门极电压差时的 IGBT门极总
电荷RG extern : IGBT 外部的门极电阻RG intern : IGBT 芯片内部的门
极电阻但是实际上在很多情况下,数据手册中这个门极电荷参数没有给出,
门极电压在上升过程中的充电过程也没有描述。这时候*好是按照 IEC
60747-9-2001 - Semiconductor devices -  Discrete devices - Part
 9: Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs)  所给出的测试方
法测量出开通能量E,然后再计算出QG。  E = ∫IG ? ΔUGE ? dt =
QG ? ΔUGE  这种方法虽然准确但太繁琐,一般情况下我们可以简单地
利用IGBT数据手  册中所给出的输入电容Cies值近似地估算出门极电荷:  
如果IGBT数据表给出的Cies的条件为VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz,
那么可以近似的认为Cin=4.5Cies,  门极电荷 QG ≈ ΔUGE ? Cies ?
4.5 = [ VG(on) - VG(off) ] ? Cies ? 4.5  Cies : IGBT的输入电容
(Cies 可从IGBT 手册中找到)  如果IGBT数据表给出的Cies的条件为
VCE = 10 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz,那么可以近似的认为Cin=2.2Cies,
  门极电荷 QG ≈ ΔUGE ? Cies ? 2.2 = [ VG(on) - VG(off) ] ?
Cies ? 2.2  Cies : IGBT的输入电容(Cies 可从IGBT 手册中找到) 
 如果IGBT数据手册中已经给出了正象限的门极电荷曲线,那么只用Cies
 近似计算负象限的门极电荷会更接近实际值:  门极电荷 QG ≈ QG(on)
 + ΔUGE ? Cies ? 4.5 = QG(on) + [ 0 - VG(off) ] ? Cies ? 4.5  
-- 适用于Cies 的测试条件为 VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT
  门极电荷 QG ≈ QG(on) + ΔUGE ? Cies ? 2.2 = QG(on) + [ 0 -
VG(off) ] ? Cies ? 2.2  -- 适用于Cies 的测试条件为 VCE = 10 V,
VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT  当为各个应用选择IGBT驱动器时,必须
考虑下列细节:  ? 驱动器必须能够提供所需的门极平均电流IoutAV 及
门极驱动功率PG。驱动器的*大平均输出电流必须大于计算值。  ? 驱
动器的输出峰值电流IoutPEAK 必须大于等于计算得到的*大峰值电流。 
 ? 驱动器的*大输出门极电容量必须能够提供所需的门极电荷以对IGBT
的门极充放电。在POWER-SEM 驱动器的数据表中,给出了每脉冲的*大输
出电荷,该值在选择驱动器时必须要考虑。  另外在IGBT驱动器选择中
还应该注意的参数包括绝缘电压Visol IO 和dv/dt 能力。IGBT驱动器

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