半橋式電路中的IGBT尤其多用于電機控制應(yīng)用。圖騰柱式布局創(chuàng)造出一種需要最佳柵極電阻設(shè)計的場景。優(yōu)化步驟是基于開關(guān)功耗、產(chǎn)生的EMI，直通電流和可導(dǎo)致故障的可能性之間的權(quán)衡。所有這些因素都隨應(yīng)用環(huán)境變化，包括母線電壓和開關(guān)電流大小，這些綜合起來確定IGBT的大小。IGBT的大小決定器件的寄生元件，包括相關(guān)的電容。一旦知道了寄生參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)，就可以選擇最佳的柵極電阻值。

 

在設(shè)計半橋式布局中的柵極驅(qū)動時，應(yīng)該認(rèn)真考慮圖1中的Rg_on和Rg_off。較低的Rg_on值由于會使IGBT速度更快，因而能夠減少開關(guān)能耗。

 

由于開關(guān)時間減少，高電壓和高電流狀況持續(xù)的時間較短。然而，快速開關(guān)速度可能導(dǎo)致幾個負(fù)面效應(yīng) ，比如EMI 增加，并且可能出現(xiàn)意外的直通電流。

 

在這些負(fù)面效應(yīng)中，本博文介紹意外直通電流。如圖1所示，該穿通電流會通過將相反 IGBT柵極充電至超過閥值電壓的點而導(dǎo)致寄生導(dǎo)通。當(dāng)一顆IGBT導(dǎo)通時，會對另外一顆IGBT施加上升的dvce/dt電壓 。上升電壓為米勒電容(Cgc)充電。因此，充電電流可通過以下方程式描述：

 

Eq˙Icharging = CgcXdvce/dt。

 

該電流流入柵極電容Cge和Rg_off，如圖1中的藍線所示。基于Rg_off電阻、Cge，和電流，IGBT柵極-發(fā)射極兩端產(chǎn)生一個電壓。如果柵極-發(fā)射極電壓高于IGBT柵極-發(fā)射極閥值電壓 (VGEth)，產(chǎn)生直通電流，如圖1中的紅線所示，并據(jù)此繪制出綠色波形，如圖2所示。

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圖1: C˙dv/dt電流和寄生導(dǎo)通

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圖2：因C˙dv/dt效應(yīng)產(chǎn)生穿通電流時的真實開關(guān)波形

 

為了防止出現(xiàn)這種現(xiàn)象，可以采用的一種方法是增大IGBT VGEth的閥值。然而，IGBT的Vce(sat)行為與VGEth之間存在權(quán)衡。增大柵極閥值電壓會導(dǎo)致額外的功耗，因為IGBT飽和電壓Vce(sat)會增大。因此，就效率而言，存在對增大 VGEth的局限性。

 

因此，應(yīng)該控制這種現(xiàn)象發(fā)生，通過在考慮固定IGBT特性如寄生電容和 VGEth時選擇合適的柵極電阻值實現(xiàn)。

為了優(yōu)化柵極控制電阻，要求知道影響圖2中觀察到的“Vge bump”的各種外部因素交互。

 

“Vge bump”電平會因為下列A到D項描述的關(guān)系中的因素增大：

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因素C、D和E與工作條件相關(guān)。為了最小化穿通電流和產(chǎn)生的“Vge bump”，應(yīng)該在最壞的C、D、E條件下考慮因素A和B。

 

圖3顯示如何通過調(diào)節(jié)柵極關(guān)斷速度將開關(guān)內(nèi)波形優(yōu)化到基本消除電流直通的點。總之，為了阻止或減少這種穿通問題，推薦采用幾種調(diào)節(jié)方法，如表1所示。圖3顯示通過減小Rg_off值的調(diào)節(jié)方法的實例。推薦采用其他 調(diào)節(jié)方法，最小化直通電流的效應(yīng)，同時優(yōu)化整體開關(guān)性能和效率。該表格總結(jié)了可以嘗試的調(diào)節(jié)方法、預(yù)期效應(yīng)和可能缺點。建議嘗試各種調(diào)節(jié)方法，從而獲得能夠最大化效率同時最小化產(chǎn)生的直通電流和EMI的最佳情況。

圖3：通過減小Rg_off進行優(yōu)化的實例

 

 

●開關(guān)及導(dǎo)通損耗優(yōu)于輸入數(shù)據(jù)范圍

 

●支持 Sine PWM、Space Vector PWM及四種間斷模式PWM

 

●指定電機頻率下的ΔTj（紋波溫度）；預(yù)測模塊的長期可靠性

 

●以圖形顯示低變頻輸出頻率下的結(jié)溫紋波

 

●散熱器的散熱要求滿足既定標(biāo)準(zhǔn)

 

●結(jié)合等式與實證結(jié)果計算損耗，提供額外的數(shù)據(jù)保障