一、前言

IGBT憑借出色的高電壓大電流特點(diǎn)，在電力電子領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，作為絕緣柵控制的少子器件，其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)關(guān)乎著IGBT能否可靠運(yùn)行，故驅(qū)動(dòng)電阻Rg的選型的重要性對(duì)于IGBT應(yīng)用來(lái)說(shuō)就至關(guān)重要。

但Rg的選型是一個(gè)十分復(fù)雜的工作，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)減小Rg 會(huì)讓導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間縮短且開(kāi)關(guān)損耗也會(huì)相應(yīng)的減小，但引發(fā)的門(mén)極振蕩和高速的di/dt與dv/dt 可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)面的影響。同樣的增加Rg,雖然可以避免上述的一些問(wèn)題，但除了會(huì)增加開(kāi)關(guān)的延遲外，對(duì)系統(tǒng)保護(hù)與IGBT 自身的保護(hù)以及散熱設(shè)計(jì)也會(huì)產(chǎn)生程度不一的影響。

2、選型分析

因?yàn)殡娐分斜厝淮嬖陔s散電感，所以減小Rg 時(shí)必須考慮di/dt 所產(chǎn)生的影響，過(guò)高的di/dt 除了會(huì)在IGBT 關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的峰值電壓以致于產(chǎn)存在過(guò)壓擊穿的風(fēng)險(xiǎn)外，在開(kāi)通時(shí)也容易造成二極管反向恢復(fù)電流過(guò)大及IGBT內(nèi)部的閂鎖(latch-up)進(jìn)而導(dǎo)致失效。

同時(shí)過(guò)高的dv/dt 與di/dt 也會(huì)引發(fā)更高的共模與差模噪聲，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路甚至其它器件的誤動(dòng)作。當(dāng)增大Rg時(shí)必須考慮關(guān)斷延時(shí)與門(mén)極電壓抬升的影響，關(guān)斷時(shí)間延長(zhǎng)而造成死區(qū)的設(shè)置不足，除了會(huì)增大上下管直通的可能性，在IGBT上下管開(kāi)關(guān)斷的過(guò)程中，產(chǎn)生的飄移電流會(huì)通過(guò)門(mén)極電阻，所以會(huì)給關(guān)斷狀態(tài)下的IGBT 提供了更高的誤導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)。

給予足夠的負(fù)壓值作關(guān)斷以防止誤導(dǎo)通是最常見(jiàn)的作法,但是過(guò)大的負(fù)壓除了進(jìn)一步增加開(kāi)通的延遲外，同時(shí)也也會(huì)加快IGBT 關(guān)斷的速度，增加過(guò)壓擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

門(mén)極電阻也決定了短路承受電流的時(shí)間與門(mén)極電壓的抬升的高度，過(guò)小的Rg 會(huì)縮短IGBT 短路電流可以承受的時(shí)間，造成保護(hù)不及。但過(guò)大的Rg 也會(huì)促使短路電流的進(jìn)一步增加，同樣可能會(huì)導(dǎo)致IGBT的閂鎖或瞬間過(guò)溫進(jìn)而失效。另外Rg 也影響了IGBT 切換的損耗，進(jìn)而會(huì)影響模塊穩(wěn)態(tài)操作時(shí)內(nèi)部溫度升高降低異常操作的余量。

3、選型建議

設(shè)置柵極電阻時(shí)，會(huì)涉及到很多實(shí)際問(wèn)題，故此處給出了涉及柵電阻時(shí)的注意事項(xiàng)：

a) 柵電阻盡量靠近IGBT減小引線長(zhǎng)度； 

b) 驅(qū)動(dòng)的柵射極引線絞合，并且不要用過(guò)粗的線； 

c) 線路板上的 2 根驅(qū)動(dòng)線的距離盡量靠近并平行差分走線； 

d) 柵極電阻盡量使用無(wú)感電阻； 

e) 如果是有感電阻，可以用幾個(gè)并聯(lián)以減小電感。

f) 柵極電阻應(yīng)盡量靠近IGBT柵極

設(shè)置柵極電阻時(shí)，對(duì)其功率建議如下：

P turn on = F × Qg × +Vge + Cies × (?Vge)

P(turn on) = P(turn off )

P(driving) = P(turn on) + P(turn off )

 = F × Qg × +Vge + Cies × ?Vge

選用門(mén)極電阻的功率等極必須大于計(jì)算總功耗的2 倍以上。

P(turn on)：開(kāi)通時(shí)損耗在Rg 的功耗；

P(turn off)：關(guān)斷時(shí)損耗在Rg 的功耗；

P(driving) : 損耗在Rg 的總功耗；

+Vge：正向偏置電源電壓；

-Vge：反向偏置電源電壓；

F：開(kāi)關(guān)頻率；

Qg：從0V 到+Vge 為止的充電電荷量；

Cies：IGBT 輸入電容；

4、驅(qū)動(dòng)電阻Rg變化影響特性關(guān)系

在特定驅(qū)動(dòng)情況下，柵極電阻變化與IGBT參數(shù)特性變化如下表1所示。

表1：柵極電阻與IGBT特征參數(shù)關(guān)系表

5、君芯IGBT單管及模塊Rg選型推薦表

表2：IGBT單管Rg選型推薦表

表3：IGBT模塊Rg選型推薦表

6、總結(jié)：

     柵極電阻Rg的選型是一個(gè)關(guān)乎系統(tǒng)穩(wěn)定性的工作，通常是由工程師根據(jù)實(shí)際的性能要求調(diào)整而定，但通過(guò)君芯的選型建議，可以加快該工作的進(jìn)度，確?？蛻裟軌蜉^快應(yīng)用君芯產(chǎn)品。