IGBT动态参数详解

栅极电阻：

包含外部栅极电阻RGext和内部栅极电阻RGint，其中RGext的大小设置一般给工程师发挥，请看示意图：

门极总栅极电阻RGtot包含内部栅极电阻RGint和外部栅极电阻RGext，即RGtot=RGint+ RGext

于是有，IGBT理论驱动峰值电流：

• RGint：大电流IGBT内部会集成一些芯片，每个芯片都有单独的栅极电阻，RGint是这些栅极电阻并联之后的值。集成内部栅极电阻的作用是为了实现模块内部IGBT芯片的均流，该思路在做单管并联方案的时候也很好用。
  

• RGext：由工程师设置，包含Rgon（开通电阻）和Rgoff（关断电阻），一般在设计时通过不同的充放电回路来设置不同的Rgon和Rgoff；栅极电阻对IGBT的开关性能影响较大，在调整该值时，除了理论计算外，工程师会结合双脉冲试验的测试数据来验证并调整，以达到较好的开关效果。

  
  

  最小的Rgon（开通电阻）由开通的di/dt限制；最小的Rgoff（关断电阻）由关断dv/dt限制，过小的栅极电阻可能会导致震荡甚至造成IGBT或二极管的损坏。

栅极电阻的大小影响开关速度，即后边介绍的开通关断时间，进而影响IGBT的开关损耗，datasheet上驱动电阻对开关损耗的影响如下

可见，开通损耗受栅极电阻的影响要更大。

同理，反向恢复损耗受开通电阻的影响也可以在规格书中查到。

寄生电容：

IGBT的寄生电容影响动态性能，它是芯片内部结构的固有特性，把它搞清楚，更能理解IGBT开关过程中栅极驱动电压的变化过程

简化示意图才好理解：

先命名：

• 反馈电容又称米勒电容：

• 输入电容：
  

• 输出电容：
  

输入电容Cies和米勒电容Cres对栅极的驱动特性影响较大，其中，米勒电容还是驱动电压Vge米勒平台的始作俑者，如下图红框所示。此外，因为米勒电容的存在，IGBT的驱动电路往往需要设置米勒嵌位，防止因米勒电容动态过程造成的上下管直通。

输出电容Coss则限制开关过程中的dv/dt，其造成的损耗一般可忽略。

规格书中，上述寄生电容示例如下

插播：米勒钳位

在下图所示的IGBT半桥中，当上半桥IGBT_H导通时,下半桥IGBT_L的集电极-发射极之间电压VCE_L 迅速上升, 下半桥IGBT_L的集电极-门极之间的米勒电容会产生一个瞬间电流icg =Ccg x dVcg /dt ，电流给下桥IGBT门极充电，抬升门极电压，可能造成误导通，因此，需要嵌位电路把该电压嵌下去，防止误导通。

一般车规级驱动IC均有该功能

栅极电荷Qg:

开通时，门极电压抬升至目标值所需要的充电电荷，关断则反向理解

平均栅极驱动功率可通过栅极电荷QG、驱动电压和开关频率计算获取：

实际设计中的栅极电荷可不一定是规格书给的值，依赖于栅极电压的摆动幅度，为了让我们获取这个实际栅极电荷，规格书很贴心的给出了栅极电荷与栅极电压之间的曲线作为参考：

栅极电压选定了，电荷就有了，再加上开关频率，去算这个平均栅极驱动功率就很简单了对不对

开关参数：

• 开通延时时间td on：开通时，栅极电压的10%开始到集电极电流上升至开通值的10%为止的时间；

• 电流上升时间tr：开通时，集电极电流上升至10%到集电极电流上升至最终值的90%为止的时间；

• 关断延时时间td off：关断时，栅极电压下降至其开通值的90%开始到集电极电流下降到开通值的90%为止的时间定义为关断延迟时间；

• 电流下降时间tf：关断时，集电极电流从开通值的90%下降到10%之间的时间；

• Eon：开通损耗；

• Eoff：关断损耗；

下边这张图，一目了然：

单个脉冲的开关损耗可由下边公式算出，在双脉冲试验中，部分有积分功能的示波器可以测得单个脉冲的开关损耗。

规格书上给的开关损耗仅供参考，实际应用中的开关损耗强烈依赖应用条件，例如栅极电阻、驱动电路、芯片结温、母线电压及集电极电流等。

因此，工程师一般会通过实际测试获取应用中的开关损耗，不知道测试方法的同学往前翻一翻双脉冲测试方法。

另外，上边几个时间参数可用来计算参考死区时间，常用的半桥拓扑电路，为了防止切换时上下桥直通，一般会设置合适的死区时间，计算公式参考：

此公式没有把tr和tf考虑进去的原因是一般它俩相对于td on和td on小很多，实际计算以实际测试的时间参数为准。

参考：Industrial IGBT Modules Explanation of Technical Information    Infineon

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