IGBT 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)能力的計(jì)算

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1、IGBT驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)能力的計(jì)算王映波,李海金,陳詩(shī)君(武漢新瑞科電氣技術(shù)有限公司，湖北，武漢430072)摘要：大功率IGBT在使用中驅(qū)動(dòng)器至關(guān)重要，本文給出了不同功率等級(jí)IGBT驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，經(jīng)驗(yàn)公式及有關(guān)CONCEPT驅(qū)動(dòng)板的選型標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵字：IGBT；驅(qū)動(dòng)器；門極電荷IGBTDriversCorrectlyCalculatedWangYingboLiHaijinChenShijun(WuhanNewrockElectricTechnologyco.,ltd,Wuhan,Hubei430072,China)Abstract：Thedriversofhighpowerrat

2、eIGBTisimportantinpowerelectronics.ThispaperintroduceswhatyoumustknowwhendimensioninganIGBTdriver,andchoicesaboutconceptdriver.Keywords:IGBT;driver;thegatecharge0引言我們?cè)谶x擇和設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)器時(shí)經(jīng)常會(huì)碰到一些問(wèn)題和不確定因素。部分原因是廠家對(duì)IGBT描述的不夠充分；另一方面是由于IGBT手冊(cè)中所給的輸入結(jié)電容Ciss值與在應(yīng)用中的實(shí)際的輸入結(jié)電容值相差甚遠(yuǎn)。依據(jù)手冊(cè)中的Ciss值作設(shè)計(jì)，令許多開發(fā)人員走入歧途。下面給出

3、了不同功率等級(jí)的驅(qū)動(dòng)電路選擇和設(shè)計(jì)的正確計(jì)算的步驟。1確定IGBT門極電荷以及門極電容對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)講，最重要的參數(shù)是門極電荷，在很多情況下，IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中這個(gè)參數(shù)沒(méi)有給出，另外，門極電壓在上升過(guò)程中的充電過(guò)程也未被描述。無(wú)論如何，門極的充電過(guò)程相對(duì)而言能夠簡(jiǎn)單地通過(guò)測(cè)量得到。因而要驅(qū)動(dòng)一個(gè)IGBT，我們最好使用一個(gè)專用的驅(qū)動(dòng)器。除此之外，在設(shè)計(jì)中至少我們知道在應(yīng)用中所需的門極電壓（例如±15V）。首先，在負(fù)載端沒(méi)有輸出電壓的情況下，我們可以作如下計(jì)算。門極電荷可以利用公式計(jì)算：Q＝∫idt＝CΔU確定了Q,我們可以用示波器觀測(cè)門極電壓，同時(shí)電壓的上升ΔU在測(cè)量中也能在示

4、波器上清楚的觀測(cè)到。（見圖1）利用公式CIN＝Q/ΔU。實(shí)際的輸入電容能夠通過(guò)計(jì)算得到。尤其要注意的是，在應(yīng)用中，實(shí)際的輸入結(jié)電容CIN在設(shè)計(jì)中是具有很大意義的。2Ciss在折算中的經(jīng)驗(yàn)公式在IGBT手冊(cè)中的電容值Ciss，在實(shí)際電路應(yīng)用中不是一個(gè)特別有用的參數(shù)，因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)電橋測(cè)得的，由于測(cè)量電壓太小而不能到達(dá)門極門檻電壓，在實(shí)際開關(guān)中增加的內(nèi)部回饋效應(yīng)（Miller效應(yīng)）在測(cè)量中未被包括在內(nèi)。在測(cè)量電路中，一個(gè)25V的電壓加在集電極“C”上，在這種測(cè)量構(gòu)架下，所測(cè)結(jié)電容要比Vce＝0V時(shí)要小一些。因此，Ciss僅僅只能在IGBT互相作比較時(shí)使用。對(duì)于SIEMENS和EUPEC的

5、IGBT而言，下面的經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)過(guò)驗(yàn)證是較為準(zhǔn)確可信的。CIN＝5Ciss（Ciss可從IGBT手冊(cè)中得到）3驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算在輸入結(jié)電容中存貯的能量可通過(guò)如下計(jì)算：2W＝1CINΔU2這里，ΔU是門極上上升的整個(gè)電壓。比如，在±15V驅(qū)動(dòng)電壓下，ΔU是30V。在每個(gè)工作周期，門極被充電二次。一個(gè)IGBT所需的驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算如下：2P＝f·CIN·ΔU如門極電荷先前已通過(guò)測(cè)量得到，則P＝f·Q·ΔU這個(gè)功率是每個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)時(shí)必須的，但門極的充放電是沒(méi)有能量損失的，這個(gè)功率實(shí)際上損失在驅(qū)動(dòng)電阻及外部電路中。注意：這個(gè)功率是表示在電路中實(shí)際需要的，而在驅(qū)動(dòng)電路中的其它損耗（包括供電電源損耗

6、）不包含在內(nèi)。驅(qū)動(dòng)器中DC/DC變換器的總輸出功率在concept公司智能驅(qū)動(dòng)板說(shuō)明書中被標(biāo)明了，對(duì)于半橋電路驅(qū)動(dòng)器，由于總變換器功率被標(biāo)明了，因此總輸出功率的一半即是每個(gè)通道的功率。另外，還有一部分功率損失在驅(qū)動(dòng)電路元件中。總功率損耗通常是由一個(gè)靜態(tài)的、固定的損耗加上最終驅(qū)動(dòng)損耗組成。Concept驅(qū)動(dòng)板靜態(tài)損耗描述如下：IHD215/280/680每個(gè)通道0.4WIHD580FX每個(gè)通道0.8WIGD608/615AX整個(gè)板0.5WIGD508/515EX（無(wú)光藕元件）0.5W在IGD508/515中，光藕的發(fā)送及接收所損失的功率應(yīng)被計(jì)算在內(nèi)。光藕接收器所用的5V電源是由外部1

7、6V供電電源線性變換得來(lái)，這部分的損耗應(yīng)該用＋16V乘以電流計(jì)算，而不是用＋5V計(jì)算。每個(gè)通道的靜態(tài)損耗也可通過(guò)測(cè)量得到，具體如下：斷開輸入側(cè)的電壓供應(yīng)（DC/DC變換器的逆流），16V的電壓直接加在Cs，COM腳兩端（等效副邊電容）。驅(qū)動(dòng)板在靜態(tài)時(shí)的消耗電流（沒(méi)有輸入脈沖時(shí)）同有脈沖工作時(shí)一樣，能夠直接從電路中的電流表讀出。4門極驅(qū)動(dòng)電流的計(jì)算驅(qū)動(dòng)器的最大輸出電流必須大于等于實(shí)際所需的門極驅(qū)動(dòng)電流。計(jì)算公式如下：?UIGmax=RG(min)ΔU是整個(gè)門極上升電壓，