IGBT的驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算

對(duì)于IGBT的門(mén)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(shū)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*ΔVge?*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(wèn)題，在這之前，我覺(jué)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(méi)有意義了。

1.

確定門(mén)極電荷Qg和門(mén)極電容

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

我們可以通過(guò)測(cè)量門(mén)極的充電過(guò)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(méi)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(mén)極電荷Qg=∫idt=C*ΔV

確定了門(mén)極電荷Qg之后，我們可以通過(guò)門(mén)極充電過(guò)程中的門(mén)極電壓上升過(guò)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(mén)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^(guò)電橋測(cè)得的，由于測(cè)量電壓太小而不能達(dá)到門(mén)極的門(mén)檻電壓，實(shí)際開(kāi)關(guān)過(guò)程中的miller效應(yīng)并沒(méi)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(shū)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(shū)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(guò)如下公式計(jì)算：

W=1/2*Cin*ΔU?

其中，ΔU是門(mén)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(mén)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*ΔU?

如果門(mén)極電荷先前通過(guò)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(mén)極的充放電時(shí)基本沒(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(mén)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(mén)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(mén)極電荷測(cè)量波形如下：

Qg和ΔU可以通過(guò)示波器測(cè)得：Qg=2150nC，ΔU=30V

那么門(mén)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。