IGBT驅(qū)動器輸出計算

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關鍵參數(shù)

? 柵極導通電壓VG(on)和關斷電壓VG(off)之差計算刪極-發(fā)射極電壓

? 驅(qū)動器的最大平均輸出電流必須大于計算值

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）在電力電子領域已經(jīng)普及，并被用于許多應用中，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6.5kV），開關電流最大可達3kA。

除功率模塊自身外，電力電子系統(tǒng)中的一個關鍵組件是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致模塊和驅(qū)動器故障。以下總結了一些計算用于開關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模塊的開關特性主要取決于半導體電容（電荷）及內(nèi)部和外部的電阻。圖1是IGBT電容的示意圖，其中CGE是柵極-發(fā)射極電容、CCE是集電極-發(fā)射極電容、CGC是柵極-集電極電容（或稱為米勒電容）。

圖1IGBT的電容

柵極電荷的特性由輸入電容CGC和CGE來表示，它是計算IGBT驅(qū)動器電路所需輸出功率的關鍵參數(shù)。該電容幾乎不受溫度影響，但與電壓關系密切，是IGBT集電極-發(fā)射極電壓VCE的函數(shù)。

當在集電極-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IGBT導通時，IGBT的特性由柵極電荷來體現(xiàn)。

圖2簡化的柵極充電波形

圖2顯示了柵極-發(fā)射極電壓VGE、柵極電流IG和相應的集電極電流IC作為時間的函數(shù)，從IGBT導通到飽和這段時間的簡化波形。

正如IG=f(t)圖所示，導通過程可以分為三個階段。分別是柵極-發(fā)射極電容的充電，柵極-集電極電容的充電和柵極-發(fā)射極電容的充電直至IGBT全飽和。柵極電流IG對輸入電容進行充電，IGBT的導通和關斷特性由與充電過程有關的電壓VGE和VCE來體現(xiàn)。在關斷期間，所描述的過程運行在相反的方向，電荷必須從柵極上移除。