IGBT模塊動態參數

IGBT模塊參數詳解-IGBT動態參數

IGBT模塊動態參數是評估IGBT模塊開關性能如開關頻率、開關損耗、死區時間、驅動功率等的重要依據，本文重點討論以下動態參數：模塊內部柵極電阻、外部柵極電阻、外部柵極電容、IGBT寄生電容參數、柵極充電電荷、IGBT開關時間參數，結合IGBT模塊靜態參數可全面評估IGBT芯片的性能。

RGint：模塊內部柵極電阻:
為了實現模塊內部芯片均流，模塊內部集成有柵極電阻。該電阻值應該被當成總的柵極電阻的一部分來計算IGBT驅動器的峰值電流能力。

RGext：外部柵極電阻：
? ? ? 外部柵極電阻由用戶設置，電阻值會影響IGBT的開關性能。

上圖中開關測試條件中的柵極電阻為Rgext的最小推薦值。用戶可通過加裝一個退耦合二極管設置不同的Rgon和Rgoff。

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已知柵極電阻和驅動電壓條件下，IGBT驅動理論峰值電流可由下式計算得到，其中柵極電阻值為內部及外部之和。? ??

實際上，受限于驅動線路雜散電感及實際柵極驅動電路非理想開關特性，計算出的峰值電流無法達到。
? ? ? ?如果驅動器的驅動能力不夠，IGBT的開關性能將會受到嚴重的影響。
? ? ? ?最小的Rgon由開通di/dt限制，最小的Rgoff由關斷dv/dt限制，柵極電阻太小容易導致震蕩甚至造成IGBT及二極管的損壞。
? ? ? Cge：外部柵極電容：
? ? ? 高壓IGBT一般推薦外置Cge以降低柵極導通速度，開通的di/dt及dv/dt被減小，有利于降低受di/dt影響的開通損耗。

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IGBT寄生電容參數：

IGBT寄生電容是其芯片的內部結構固有的特性，芯片結構及簡單的原理圖如下圖所示。輸入電容Cies及反饋電容Cres是衡量柵極驅動電路的根本要素，輸出電容Coss限制開關轉換過程的dv/dt，Coss造成的損耗一般可以被忽略。

其中：
Cies=CGE+CGC：輸入電容（輸出短路）
Coss=CGC+CEC：輸出電容（輸入短路）
Cres=CGC：反饋電容（米勒電容）
動態電容隨著集電極與發射極電壓的增加而減小，如下圖所示。

CGE的值隨著VCE的變化近似為常量。CCG的值強烈依賴于VCE的值，并可由下式估算出：

IGBT所需柵極驅動功率可由下式獲得：

或者

QG：柵極充電電荷：

柵極充電電荷可被用來優化柵極驅動電路設計，驅動電路必須傳遞的平均輸出功率可通過柵極電荷、驅動電壓及驅動頻率獲得，如下式：

其中的QG為設計中實際有效的柵極電荷，依賴于驅動器輸出電壓擺幅，可通過柵極

IGBT開關時間參數電荷曲線進行較精確的近似。

通過選擇對應的柵極驅動輸出電壓的柵極電荷，實際應該考慮的QG’可以從上圖中獲取。工業應用設計中，典型的關斷柵極電壓常被設置為0V或者-8V，可由下式近似計算：

例如，IGBT的柵極電荷參數如上表，實際驅動電壓為+15/-8V，則所需的驅動功率為：

IGBT開關時間參數：
? ? ? 開通延遲時間td(on)：開通時，從柵極電壓的10%開始到集電極電流上升至最終的10%為止，這一段時間被定義為開通延遲時間。
? ? ? 開通上升時間tr：開通時，從集電極電流上升至最終值的10%開始到集電極電流上升至最終值的90%為止，這一段時間被定義為開通上升時間。
? ? ? 關斷延遲時間td(off)：關斷時，從柵極電壓下降至其開通值的90%開始到集電極電流下降到開通值的90%為止，這一段時間被定義為關斷延遲時間。
? ? ? 關斷下降時間tf：關斷時，集電極電流由開通值的90%下降到10%之間的時間。
? ? ? 開關時間的定義由下圖所示：

因為電壓的上升下降時間及拖尾電流沒有制定，上述開關時間參數無法給出足夠的信息用來獲取開關損耗。因而，單個脈沖的能量損耗被單獨給出，單個脈沖開關損耗可由下列積分公式獲得：

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編輯：黃飛

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