【技術(shù)分享】IGBT的驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算

對(duì)于 IGBT 的門極所需的驅(qū)動(dòng)功率的大小計(jì)算，我們經(jīng)常在拿到 IGBT 規(guī)格書的時(shí)候會(huì)根據(jù)其中的 Qg 或者輸入電容

Ciss(Ciss=Cge+Cgc)做一個(gè)大致的計(jì)算,P=Qg*ΔVge*f 或者 P=Ciss*5*ΔVge²*f，今天我們就來(lái)聊聊 IGBT 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算。

 

關(guān)于 IGBT 的使用，我們?cè)谠u(píng)估完 IGBT 本身特性參數(shù)的時(shí)候，可以最重要的就是驅(qū)動(dòng)器的選擇和設(shè)計(jì)了，此時(shí)我們經(jīng)常會(huì)遇到，如 Datasheet 描述的參數(shù)不是太充分，驅(qū)動(dòng)電阻應(yīng)該如何選擇(這個(gè)一般 IGBT 廠家都會(huì)有一個(gè)推薦值，在其附近選取，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整)等等一些不確定因素或者問題，在這之前，我覺得對(duì)于一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)，最重要的因素還是其驅(qū)動(dòng)功率，這一點(diǎn)達(dá)不到，其他因素都沒有意義了。

 

1.

確定門極電荷 Qg 和門極電容   

對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)說，最重要的參數(shù)莫過于門極電荷 Qg 的大小，同時(shí)確定實(shí)際的門極輸入電容 Cies 的大小，因?yàn)?Datasheet 中給到的輸入電容大小一般是個(gè)參考值，確定實(shí)際門極輸入電容是一重要意義的。

 

我們可以通過測(cè)量門極的充電過程來(lái)確定實(shí)際輸入結(jié)電容 Cin 的大小。首先，在負(fù)載端沒有輸出電壓的情況下，我們可以進(jìn)行下面這樣的計(jì)算：

 

門極電荷 Qg=∫idt=C*ΔV

 

確定了門極電荷 Qg 之后，我們可以通過門極充電過程中的門極電壓上升過程，示波器可以測(cè)量出ΔV，那么利用公式可以計(jì)算出實(shí)際的門極輸入電容

 

Cin=Qg/ΔV

 

這里的測(cè)得的實(shí)際輸入結(jié)電容 Cin 在我們的設(shè)計(jì)中是具有很大意義的。

 

2.

關(guān)于 Ciss

在 IGBT 的 Datasheet 中，我們經(jīng)常會(huì)看到一個(gè)參數(shù) Ciss，在實(shí)際電路應(yīng)用中，這個(gè)參數(shù)其實(shí)并不算一個(gè)很有用的參數(shù)，是因?yàn)樗峭ㄟ^電橋測(cè)得的，由于測(cè)量電壓太小而不能達(dá)到門極的門檻電壓，實(shí)際開關(guān)過程中的 miller 效應(yīng)并沒有能包涵在內(nèi)。在測(cè)量電路中，一個(gè) 25V 的電壓加在集電極上，在這種測(cè)量方法下測(cè)得的結(jié)電容要比 Vce=0 的時(shí)候要小一些，因此，規(guī)格書中的 Ciss 這個(gè)參數(shù)一般用于 IGBT 相互做對(duì)比時(shí)使用。

 

一般我們使用下面的經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)規(guī)格書的 Ciss 來(lái)計(jì)算輸入電容 Cin 的大小

 

Cin=5Ciss

 

3.

驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算

接下來(lái)讓我們看看應(yīng)該如何來(lái)計(jì)算驅(qū)動(dòng)功率。

 

在輸入結(jié)電容中存儲(chǔ)的能量可以通過如下公式計(jì)算：

 

W=1/2*Cin*ΔU²

 

其中，ΔU 是門極上上升的整個(gè)電壓，比如在±15V 的驅(qū)動(dòng)電壓下，ΔU 就是 30V。

 

在每個(gè)周期，門極被充電兩次，一個(gè) IGBT 所需的驅(qū)動(dòng)功率我們可以按下式計(jì)算：

 

P=f*Cin*ΔU²

 

如果門極電荷先前通過測(cè)量得到了，那么

 

P=f*Qg*ΔU

 

這個(gè)功率是每個(gè) IGBT 驅(qū)動(dòng)時(shí)所必須的，但門極的充放電時(shí)基本沒有能量損失的，這個(gè)功率實(shí)際上損失在驅(qū)動(dòng)電阻和外部電路中。當(dāng)然，設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮其他方面的損耗，比如供電電源的損耗。

 

4.

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)際所需要的門極驅(qū)動(dòng)電流，計(jì)算公式如下：

 

Ig,max=ΔU/Rg,min

 

ΔU 是整個(gè)門極上升電壓，而 Rg,min 是電路中選取的最小驅(qū)動(dòng)電阻。

 

 

下面我們舉個(gè)例子簡(jiǎn)單計(jì)算一下：

 

比如現(xiàn)有一個(gè) 200A 的 IGBT 模塊，工作頻率 8KHZ，門極電荷測(cè)量波形如下：

 

 

Qg 和ΔU 可以通過示波器測(cè)得：Qg=2150nC，ΔU=30V

 

那么門極電容 Cin=Qg/ΔU=71.6nF。

 

所需的驅(qū)動(dòng)功率：

 

P=f*Qg*ΔU=8*2150*30=0.516W

 

如果 Rg=4.7Ω，那么驅(qū)動(dòng)電流為：

 

Ig=ΔU/Rg=30/4.7=6.4A

 

所需驅(qū)動(dòng)功率的大小，再結(jié)合其他設(shè)計(jì)因素，我們就可以參考設(shè)計(jì)出所需的驅(qū)動(dòng)板。