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IGBT驱动参数计算详解

大功率IGBT 模块在使用中驱动器至关重要,本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法,经验公式及有关CONCEPT 驱动板的选型标准,得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。
1 门极驱动的概念
IGBT存在门极-发射极电容Cge,门极-集电极电容Cgc,我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg,门极驱动回路的等效电路如下图所示:
IGBT门极驱动回路的等效电路
其本质是:一个脉冲电压源向RC电路进行充放电,对于这个电压源,有2个物理量我们需要关心,1.它的功率;2.它的峰值电流。
2 驱动功率的计算
驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。为了实现此功能,驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on,或者是对门极进行放电至门极关断电压VGE_off。
门极电压的两种电平间的转换过程中,在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。这个参数我们称为驱动功率PDRV。驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。转载请注明出处 http://www.igbt8.com
驱动功率可以从门极电荷量QGate,开关频率fIN,以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate 计算得出:
PDRV = QGate * fIN * ΔVGate        (Eq. 1)
备注:PDRV: 驱动器每通道输出功率;fIN: IGBT开关频率;QGate :IGBT门极电荷,可从规格书第一页查出,不同IGBT该数值不同;ΔVGate:门极驱动电压摆幅,等于驱动正压+U 和负压–U 之间差值。
igbt手册门极电荷参数规范
如果门极回路放置了一个电容CGE (辅助门极电容),那么驱动器也需要对该电容进行充放电,如图1 所示:
带外接阻容的门级驱动
图1.带外接阻容的门级驱动
只要CGE 在一个周期内被完全的充放电,那么RGE 值并不影响所需驱动功率。驱动功率可以从以下公式得出:
P DRV = QGATE * fIN *ΔVGATE + CGE * fIN*ΔVGATE2    (Eq. 2)
这个功率是每个IGBT 驱动时必须的,但门极的充放电是没有能量损失的,这个功率实际上损失在驱动电阻及外部电路中。
注意:这个功率是表示在电路中实际需要的,而在驱动电路中的其它损耗(包括供电电源损耗)不包含在内。
驱动器中DC/DC 变换器的总输出功率在concept 公司智能驱动板说明书中被标明了,对于半桥电路驱动器,由于总变换器功率被标明了,因此总输出功率的一半即是每个通道的功率。另外,还有一部分功率损失在驱动电路元件中。总功率损耗通常是由一个静态的、固定的损耗加上最终驱动损耗组成。
Concept 驱动板静态损耗描述如下:
IHD215/280/680 每个通道0.4W
IHD580FX 每个通道0.8W
IGD608/615AX 整个板0.5W
IGD508/515EX(无光藕元件) 0.5W
在IGD508/515 中,光藕的发送及接收所损失的功率应被计算在内。光藕接收器所用的5V 电源是由外部16V 供电电源线性变换得来,这部分的损耗应该用+16V 乘以电流
计算,而不是用+5V 计算。
每个通道的静态损耗也可通过测量得到,具体如下:
断开输入侧的电压供应(DC/DC 变换器的逆流),16V 的电压直接加在Cs , COM 脚两端(等效副边电容)。驱动板在静态时的消耗电流(没有输入脉冲时)同有脉冲工作
时一样,能够直接从电路中的电流表读出。
以上公式是在门极驱动电流不发生谐振的条件下得出的。只要这个开关过程是IGBT 门极从完全打开到完全关断或者反过来,则驱动功率并不依赖于门极电阻及占空比的变化而变化。接下来我们来看如何确定门极电荷量QGate。
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