IGBT驱动器输出性能的计算
来源：电源世界
摘要：绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是应用广泛的功率半导体器件，驱动器的合理设计对于IGBT的有效使用极为重要。本文就利用栅极电荷特性的考虑，介绍了一些计算用于开关IGBT的驱动器输出性能的方法。 叙词：IGBT，驱动器，栅极电荷 Abstract：Isolated gate bipolar transistors (IGBTs) are widely used power semiconductor devices. Properly designed drivers are extremely important for the effective use of IGBTs. This article takes gate charge characteristics into account and then introduces some methods for calculating output performance of drivers used for switching IGBTs. Keyword：IGBT, driver, gate charge
1、引言
今天，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）在电力电子领域已经普及，并被用于许多应用中，如变频器、电源和电子驱动器。IGBT具有较高的反向电压（高达6.5kV），开关电流最大可达3kA。除功率模块自身外，电力电子系统中的一个关键组件是IGBT驱动器，它是功率晶体管和控制器之间重要的接口。驱动器的选择及其准确输出功率的计算决定了转换器解决方案的可靠性。驱动器功率不足或选择错误可能会导致模块和驱动器故障。以下总结了一些计算用于开关IGBT的驱动器输出性能的方法。
2、栅极电荷体现IGBT的 特性
IGBT模块的开关特性主要取决于半导体电容（电荷）及内部和外部的电阻。图1是IGBT电容的示意图，其中CGE是栅极-发射极电容、CCE是集电极-发射极电容、CGC是栅极-集电极电容（或称为米勒电容）。栅极电荷的特性由输入电容CGC和CGE来表示，它是计算IGBT驱动器电路所需输出功率的关键参数。该电容几乎不受温度影响，但与电压关系密切，是IGBT集电极-发射极电压VCE 的函数。当在集电极-发射极电压非常低时这种依赖性大幅提高，电压高时依赖性下降。当IGBT导通时，IGBT的特性由栅极电荷来体现。图2显示了栅极-发射极电压VGE、栅极电流IG和相应的集电极电流IC作为时间的函数，从IGBT导通到饱和这段时间的简化波形。正如IG=f(t)图所示，导通过程可以分为三个阶段。分别是栅极-发射极电容的充电，栅极-集电极电容的充电和栅极-发射极电容的充电直至IGBT全饱和。栅极电流IG对输入电容进行充电，IGBT的导通和关断特性由与充电过程有关的电压VGE和VCE来体现。在关断期间，所描述的过程运行在相反的方向，电荷必须从栅极上移除。由于输入电容的非线性，为了计算驱动器输出功率，输入电容可能只被应用到某种范围。一种更为实际的确定驱动器输出功率的方法是利用栅极电荷特性。
图 1 IGBT 的电容
图 2 简化的栅极充电波形
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