如何准确计算IGBT参数？

鑫锐天宇 · 发表于 2018-5-31 16:24:17

IGBT可靠的开通和关断是变频器稳定运行的核心。为了实现IGBT的通断，需要对IGBT的门极进行充电以达到门极开通电压Vge_on，以及对门极进行放电至门极关断电压Vge_off。因此，正确计算IGBT的驱动参数是保证其可靠通断的首要任务。

通常情况下，IGBT的驱动电路如图1所示：

图1、IGBT的驱动电路

在图1中，Rg代表门极驱动电阻，Cge代表辅助门极电容。下面来一一介绍IGBT驱动电路的各项参数及其计算方法：

1、IGBT开通电压

在IGBT导通时，为了降低其通态损耗，通常会使其工作在深度饱和状态。这要求IGBT的门极驱动电压比实际的阈值电压高出很多，通常我们会选择门极开通电压为+15V，以降低Vce_on。

2、IGBT关断电压

由于IGBT栅极与发射极之间存在高dv/dt 和寄生电容，因而在栅极引脚处会产生一些电压尖峰，该电压尖峰可能触发下桥IGBT 的误导通，在门极驱动施加负压有利于IGBT的可靠关断，通常设置门极关断电压为-10V。

3、IGBT驱动功率

门极电压在两种电平（+15V和-10V）转换过程中，在门极驱动电阻和功率器件组成的回路中会产生损耗，这就要求相应的驱动功率来满足。如果驱动电路中只有驱动电阻，没有辅助门极电容，则驱动功率计算公式如下：

其中，Pdrv代表所需要的驱动功率、Qgate代表IGBT的门极电荷量、fin代表IGBT的开关频率、δVgate代表驱动电压压差。

如果在驱动电路中放置了辅助门极电容，则也需要对该电容进行充放电。此时，驱动功率计算公式如下：

其中，Cge代表外置的辅助门极电容。

4、峰值驱动电流

在IGBT驱动回路中，需要在最大的电压摆幅和最小的驱动电阻条件下为IGBT提供足够的驱动电流，公式如下：

在实际设计和应用过程中，我们发现驱动电路中实际观察到的电流峰值低于上述值的70%。这是由于门极回路中的寄生电感造成的，寄生电感在门极充电开始时限制电流上升的斜率，如图2所示：

图2、门极驱动回路中存在的寄生电感

该IGBT模块的基本参数为：耐压1200V，额定电流600A，栅极电荷Qgate为6700nC，栅极内阻为0.67Ω。假定驱动电压为+15V/-10V，开关频率为3kHz，外置辅助门极电容为10nf，驱动电阻为3.3Ω。则计算结果如下：

IGBT驱动功率：P=6700nC*3kHz*25V+10nf*3kHz*25V*25V=0.52W

峰值驱动电路：I=0.7*25V/(0.67Ω+3.3Ω）=4.4A

本文给出了IGBT驱动电路中的关键参数的描述，包括门极开通电压、门极关断电压、驱动功率以及峰值驱动电流，并给出关键参数的计算公式，有助于工程师更加准确、可靠的设计IGBT驱动电路。

阅读全文