IGBT驅動器

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT模塊)在今天的電力電子領域中已經得到廣泛的應用，
在實際使用中除IGBT自身外，IGBT 驅動器的作用對整個換流系統來說同樣
至關重要。驅動器的選擇及輸出功率的計算決定了換流系統的可靠性。
驅動器功率不足或選擇錯誤可能會直接導致 IGBT 和驅動器損壞。以下總
結了一些關于IGBT驅動器輸出性能的計算方法以供選型時參考。　　IGBT
 的開關特性主要取決于IGBT的門極電荷及內部和外部的電阻。圖1是IGBT
門極電容分布示意圖，其中CGE 是柵極-發射極電容、CCE 是集電極-發射
極電容、CGC 是柵極-集電極電容或稱米勒電容（Miller Capacitor）。
門極輸入電容Cies 由CGE 和CGC 來表示，它是計算IGBT 驅動器電路所需
輸出功率的關鍵參數。該電容幾乎不受溫度影響，但與IGBT集電極-發射
極電壓VCE 的電壓有密切聯系。在IGBT數據手冊中給出的電容Cies 的值，
在實際電路應用中不是一個特別有用的參數，因為它是通過電橋測得的，
在測量電路中，加在集電極上C 的電壓一般只有25V(有些廠家為10V)，
在這種測量條件下，所測得的結電容要比VCE=600V 時要大一些(如圖2)。
由于門極的測量電壓太低(VGE=0V )而不是門極的門檻電壓，在實際開關
中存在的米勒效應（Miller 效應）在測量中也沒有被包括在內，在實際
使用中的門極電容Cin值要比IGBT 數據手冊中給出的電容Cies 值大很多。
因此，在IGBT數據手冊中給出的電容Cies值在實際應用中僅僅只能作為一
個參考值使用。　　確定IGBT 的門極電荷　　對于設計一個驅動器來說
，*重要的參數是門極電荷QG(門極電壓差時的IGBT 門極總電荷)，如果
在IGBT 數據手冊中能夠找到這個參數，那么我們就可以運用公式計算出
：門極驅動能量 E = QG ? UGE = QG ? [ VG(on) - VG(off) ]　　門極
驅動功率 PG = E ? fSW = QG ? [ VG(on) - VG(off) ] ? fSW　　驅動
器總功率 P = PG + PS（驅動器的功耗）　　平均輸出電流 IoutAV =
PG / ΔUGE = QG ? fSW　　*高開關頻率 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. :
*高開關頻率IoutAV : 單路的平均電流QG : 門極電壓差時的 IGBT門極總
電荷RG extern : IGBT 外部的門極電阻RG intern : IGBT 芯片內部的門
極電阻但是實際上在很多情況下，數據手冊中這個門極電荷參數沒有給出，
門極電壓在上升過程中的充電過程也沒有描述。這時候*好是按照 IEC
60747-9-2001 - Semiconductor devices -　　Discrete devices - Part
 9: Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs)　　所給出的測試方
法測量出開通能量E，然后再計算出QG。　　E = ∫IG ? ΔUGE ? dt =
QG ? ΔUGE　　這種方法雖然準確但太繁瑣，一般情況下我們可以簡單地
利用IGBT數據手　　冊中所給出的輸入電容Cies值近似地估算出門極電荷：　　
如果IGBT數據表給出的Cies的條件為VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，
那么可以近似的認為Cin=4.5Cies，　　門極電荷 QG ≈ ΔUGE ? Cies ?
4.5 = [ VG(on) - VG(off) ] ? Cies ? 4.5　　Cies : IGBT的輸入電容
（Cies 可從IGBT 手冊中找到）　　如果IGBT數據表給出的Cies的條件為
VCE = 10 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，那么可以近似的認為Cin=2.2Cies，
　　門極電荷 QG ≈ ΔUGE ? Cies ? 2.2 = [ VG(on) - VG(off) ] ?
Cies ? 2.2　　Cies : IGBT的輸入電容（Cies 可從IGBT 手冊中找到）　
　如果IGBT數據手冊中已經給出了正象限的門極電荷曲線，那么只用Cies
 近似計算負象限的門極電荷會更接近實際值：　　門極電荷 QG ≈ QG(on)
 + ΔUGE ? Cies ? 4.5 = QG(on) + [ 0 - VG(off) ] ? Cies ? 4.5　　
-- 適用于Cies 的測試條件為 VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT
　　門極電荷 QG ≈ QG(on) + ΔUGE ? Cies ? 2.2 = QG(on) + [ 0 -
VG(off) ] ? Cies ? 2.2　　-- 適用于Cies 的測試條件為 VCE = 10 V,
VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT　　當為各個應用選擇IGBT驅動器時，必須
考慮下列細節：　　? 驅動器必須能夠提供所需的門極平均電流IoutAV 及
門極驅動功率PG。驅動器的*大平均輸出電流必須大于計算值。　　? 驅
動器的輸出峰值電流IoutPEAK 必須大于等于計算得到的*大峰值電流。　
　? 驅動器的*大輸出門極電容量必須能夠提供所需的門極電荷以對IGBT
的門極充放電。在POWER-SEM 驅動器的數據表中，給出了每脈沖的*大輸
出電荷，該值在選擇驅動器時必須要考慮。　　另外在IGBT驅動器選擇中
還應該注意的參數包括絕緣電壓Visol IO 和dv/dt 能力。IGBT驅動器