君芯IGBT驅動電阻Rg 選型推薦

君芯IGBT驅動電阻Rg 選型推薦

江蘇中科君芯科技有限公司

1、前言

IGBT憑借出色的高電壓大電流特點，在電力電子領域中應用越來越廣泛，作為絕緣柵控制的少子器件，其驅動電路的設計關乎著IGBT能否可靠運行，故驅動電阻Rg的選型的重要性對于IGBT應用來說就至關重要；但Rg的選型是一個十分復雜的工作，簡單來說減小Rg 會讓導通和關斷時間縮短且開關損耗也會相應的減小，但引發的門極振蕩和高速的di/dt與dv/dt 可能會對系統帶來負面的影響。同樣的增加Rg,雖然可以避免上述的一些問題，但除了會增加開關的延遲外，對系統保護與IGBT 自身的保護以及散熱設計也會產生程度不一的影響。

2、選型分析

因為電路中必然存在雜散電感，所以減小Rg 時必須考慮di/dt 所產生的影響，過高的di/dt 除了會在IGBT 關斷時產生過大的峰值電壓以致于產存在過壓擊穿的風險外，在開通時也容易造成二極管反向恢復電流過大及IGBT內部的閂鎖(latch-up)進而導致失效。同時過高的dv/dt 與di/dt 也會引發更高的共模與差模噪聲，導致驅動電路甚至其它器件的誤動作。當增大Rg時必須考慮關斷延時與門極電壓抬升的影響，關斷時間延長而造成死區的設置不足，除了會增大上下管直通的可能性，在IGBT上下管開關斷的過程中，產生的飄移電流會通過門極電阻，所以會給關斷狀態下的IGBT 提供了更高的誤導通的風險。給予足夠的負壓值作關斷以防止誤導通是最常見的作法,但是過大的負壓除了進一步增加開通的延遲外，同時也也會加快IGBT 關斷的速度，增加過壓擊穿的風險。門極電阻也決定了短路承受電流的時間與門極電壓的抬升的高度，過小的Rg 會縮短IGBT 短路電流可以承受的時間，造成保護不及。但過大的Rg 也會促使短路電流的進一步增加，同樣可能會導致IGBT的閂鎖或瞬間過溫進而失效。另外Rg 也影響了IGBT 切換的損耗，進而會影響模塊穩態操作時內部溫度升高降低異常操作的余量

3、選型建議

設置柵極電阻時，會涉及到很多實際問題，故此處給出了涉及柵電阻時的注意事項：

  a) 柵電阻盡量靠近IGBT減小引線長度； 

b) 驅動的柵射極引線絞合，并且不要用過粗的線； 

c) 線路板上的 2 根驅動線的距離盡量靠近并平行差分走線； 

d) 柵極電阻盡量使用無感電阻； 

e) 如果是有感電阻，可以用幾個并聯以減小電感。

f) 柵極電阻應盡量靠近IGBT柵極

設置柵極電阻時，對其功率建議如下：

P turn on = F × Qg × +Vge + Cies × (?Vge)

P(turn on) = P(turn off )

P(driving) = P(turn on) + P(turn off )

 = F × Qg × +Vge + Cies × ?Vge

選用門極電阻的功率等極必須大于計算總功耗的2 倍以上。

P(turn on)：開通時損耗在Rg 的功耗；

P(turn off)：關斷時損耗在Rg 的功耗；

P(driving) : 損耗在Rg 的總功耗；

+Vge：正向偏置電源電壓；

-Vge：反向偏置電源電壓；

F：開關頻率；

Qg：從0V 到+Vge 為止的充電電荷量；

Cies：IGBT 輸入電容；

4、驅動電阻Rg變化影響特性關系

在特定驅動情況下，柵極電阻變化與IGBT參數特性變化如下表1所示。

表1：柵極電阻與IGBT特征參數關系表

5、君芯IGBT單管及模塊Rg選型推薦表

表2：IGBT單管Rg選型推薦表

表3：IGBT模塊Rg選型推薦表

6、總結：

     柵極電阻Rg的選型是一個關乎系統穩定性的工作，通常是由工程師根據實際的性能要求調整而定，但通過君芯的選型建議，可以加快該工作的進度，確?？蛻裟軌蜉^快應用君芯產品。