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前面我們也聊到過IGBT的柵極驅(qū)動設(shè)計，雖然今天聊的可能有些重復(fù)，但是感覺人到中年，最討厭的就是記憶力不夠用，就當(dāng)回顧和加重記憶吧。

(資料圖片)

柵極驅(qū)動的優(yōu)劣和功能的強(qiáng)大與否對IGBT本身的工作性能和可靠性有著直接的關(guān)系，只有匹配才能充分發(fā)揮IGBT該有的性能。柵極驅(qū)動提供的驅(qū)動脈沖幅度以及波形關(guān)系到IGBT的飽和壓降，開通和關(guān)斷時瞬間集電極電壓，電流的上升和下降速率等因素，直接影響到IGBT的損耗和發(fā)熱，也就是間接地影響到整個系統(tǒng)的性能和可靠性。

驅(qū)動條件和主要運(yùn)行特性的關(guān)系

由于IGBT的飽和壓降、開通和關(guān)斷瞬間的集電極電壓，電流上升和下降速率等主要運(yùn)行特性是隨著IGBT的驅(qū)動條件：柵極正/負(fù)電壓和柵極驅(qū)動電阻等而變化的，所以，合理地選擇IGBT的驅(qū)動條件顯得尤為重要。

具體關(guān)系如下：

01柵極正電壓

關(guān)于+VGE的設(shè)計需要考慮以下幾點：

①+VGE需要控制在IGBT柵極所允許的最大額定電壓(一般為+20V)范圍內(nèi);

②+VGE的推薦值一般為+15V，此時IGBT可以飽和導(dǎo)通，并且損耗較小。如果小于+12V，則通態(tài)損耗將增大;如果大于+20V，則容易過流;

③+VGE的設(shè)定值還需要考慮柵極驅(qū)動電路中器件允許工作電壓范圍內(nèi);

④電源電壓的波動推薦再±10%內(nèi);

⑤IGBT飽和導(dǎo)通期間C-E之間的電壓VCE(sat)隨+VGE變化，+VGE越大，VCE(sat)越小;

⑥+VGE越大，開通時間和開通損耗越小;

⑦+VGE越大，使開通時di/dt越大，增加了續(xù)流二極管FWD反向恢復(fù)時的浪涌電壓;

⑧因FWD反向恢復(fù)時的dv/dt會使IGBT誤導(dǎo)通，形成脈沖式的集電極電流，造成損耗增加，發(fā)熱加重;

⑨通常+VGE越大，IGBT短路電流也越大;

⑩+VGE越大，IGBT短路耐受能力越小。

02柵極正電壓

關(guān)于-VGE的設(shè)計需要考慮以下幾點：

①-VGE需要控制在IGBT柵極所允許的最大額定電壓(一般為-20V)范圍內(nèi);

②-VGE的推薦值為-5V~-15V;

③-VGE的設(shè)定值也必須在驅(qū)動電路器件的允許電壓范圍之內(nèi);

④電源電壓波動在±10%范圍內(nèi);

⑤-VGE越大，管段時間和關(guān)斷損耗越小;

⑥-VGE的設(shè)計可使IGBT在噪聲情況下有效關(guān)斷，同時避免了dv/dt造成的米勒效應(yīng)誤導(dǎo)通。

03柵極驅(qū)動電阻

在設(shè)計中，RG的取值對IGBT的動態(tài)運(yùn)行特性有著重要影響。首先，RG越大，控制脈沖的前、后沿陡度越小，開關(guān)時間和開關(guān)損耗越大。其次，RG越大，相反浪涌電壓會越小，米勒效應(yīng)導(dǎo)致的誤導(dǎo)通不易出現(xiàn)。

IGBT柵極電荷和驅(qū)動電流

IGBT本身具有MOS柵器件的結(jié)構(gòu)，在開通和關(guān)斷時必須具有一定的柵極充放電電流，也就是柵極驅(qū)動電流。而柵極電荷Qg直接影響到驅(qū)動電流的大小，因此，可以通過柵極充電電荷量特性(如下圖)來計算柵極驅(qū)動電流。驅(qū)動原理框圖如下，脈沖輸入以及電壓、電流波形也見下圖，電流波形所表示的面積應(yīng)和充放電電荷量相等。

柵極充電電荷量曲線

驅(qū)動電路原理框圖

脈沖輸入及電壓、電流波形

驅(qū)動電流的峰值計算如下：

Igp=(+VGE-(-VGE))/RG

在柵極充電電荷量曲線中，VGE從0開始上升的斜率基本與IGBT輸入電容Cies等效，而負(fù)電壓部分可作為延長考慮。因此，驅(qū)動電流的平均值Ig計算如下：

+Ig=-Ig=fc*(Qg+Cies*|-VGE|)

其中，fc為載流子頻率。

可以根據(jù)上面的情況結(jié)合實驗情況來選取合適的驅(qū)動電阻RG。