1、IGBT模塊參數詳解二-IGBT動態參數IGBT模塊動態參數是評估IGBT模塊開關性能如開關頻率、開關損耗、死區時間、驅動功率等的重要依據，本文重點討論以下動態參數：模塊內部柵極電阻、外部柵極電阻、外部柵極電容、IGBT寄生電容參數、柵極充電電荷、IGBT開關時間參數，結合IGBT模塊靜態參數可全面評估IGBT芯片的性能。RGint :模塊內部柵極電阻： 為了實現模塊內部芯片均流，模塊內部集成有柵極電阻。該電阻值應該被當成總的柵極電 阻的一部分來計算IGBT驅動器的峰值電流能力。IrMTver (kumdsrsland jnftsfnEil gqlQ 咯islorinternal gate r

2、esistor of the IGBTRGext ：外部柵極電阻外部柵極電阻由用戶設置，電阻值會影響IGBT的開關性能。二 25-C =125Ig = 450 AVce = 900VVge = t15 VRgdh = 313 0上圖中開關測試條件中的柵極電阻為Rgext的最小推薦值。用戶可通過加裝一個退耦合二極管設置不同的Rgon和Rgoff 。Ra用 R" RTYiis ii ju5t qn 物己而p】曰 TTi/母 和中色 iQtof cicvit to ntafise it15 15 15)Minirnum Rcej(t for IGBTRq +布加石，+ 卅匕皿15-JssM

3、inimum for Driver capability 冒 用 p- A?皿式o +歡加+%廓已知柵極電阻和驅動電壓條件下，IGBT驅動理論峰值電流可由下式計算得到，其中柵極電阻值為內部及外部之和。_ %£3露)口詢口")Gdr,peak n口Gext 十 KGint實際上，受限于驅動線路雜散電感及實際柵極驅動電路非理想開關特性，計算出的峰值電 流無法達到。如果驅動器的驅動能力不夠，IGBT的開關性能將會受到嚴重的影響。最小的Rgon由開通di/dt限制，最小的Rgoff由關斷dv/dt限制，柵極電阻太小容易導致震蕩甚至造成IGBT及二極管的損壞。Cge :外部柵極電容:

4、高壓IGBT一般推薦外置 Cge以降低柵極導通速度，開通的di/dt及dv/dt被減小，有利 于降低受di/dt影響的開通損耗。125X1c = SOO A Wce = 1800Vtdl/(ft = 4200 A/ps T< = 25/CVge = ±15Vh Lg = 60 nH Rfion 二 3t0 Q, Cge = 220 nFdi/dtdv/dtdi/dtdv/dtIGBT寄生電容參數：i 叩 ut capKt3nt«f= 1 VHz T = 25'C,Vc!=25V.Va = 0V儂嚇r&wrw tr 引 ns：* 何/九 nc«

5、t = 1nt L( = »'C,Vcf = 25V,Va=0V1比¥IGBT寄生電容是其芯片的內部結構固有的特性，芯片結構及簡單的原理圖如下圖所示。輸入電容Cies及反饋電容Cres是衡量柵極驅動電路的根本要素，輸出電容 Coss限制開關轉換過程的dv/dt , Coss造成的損耗一般可以被忽略。Parssitic capacitances of an IGBT internal structure s,schematic fc)其中：Cies = C ge + C gc ：輸入電容（輸出短路）Coss = C GC + C EC：輸出電容（輸入短路）Cres =

6、 C gc：反饋電容（米勒電容）動態電容隨著集電極與發射極電壓的增加而減小，如下圖所示。手冊里面的寄生電容值是在 25V柵極電壓測得，CGE的值隨著VCE的變化近似為常量。CCG的值強烈依賴于 VCE的值，并可由下式估算出：匚GE * Cies（25V）-Cres（25V） - V25VCgc（Vce） w *一十IGBT所需柵極驅動功率可由下式獲得：P二七尸二小%s或者一Qg:柵極充電電荷：忘寄仁必"“Qfi 刷 MC柵極充電電荷可被用來優化柵極驅動電路設計，驅動電路必須傳遞的平均輸出功率可通過柵極電荷、驅動電壓及驅動頻率獲得，如下式:七成產=Qg '(%否- fiw其中的

7、Qg為設計中實際有效的柵極電荷，依賴于驅動器輸出電壓擺幅，可通過柵極IGBT開關時間參數 電荷曲線進行較精確的近似。Typical gate charge curve of an 1200 V IGBT通過選擇對應的柵極驅動輸出電壓的柵極電荷，實際應該考慮的Qg，可以從上圖中獲取。工業應用設計中，典型的關斷柵極電壓常被設置為0V或者-8V ,可由下式近似計算: Q'g = 062，Qgfor 0V/15V Q'g = 0.8 Qgfor -8V/15V例如，IGBT的柵極電荷參數如上表，實際驅動電壓為 +15/-8V ,則所需的驅動功率為：PGdr : 2,15河, 0,8 -

8、 (15V + 8V) - 10kHz = 0.41VIGBT開關時間參數：開通延遲時間td(on):開通時，從柵極電壓的10%開始到集電極電流上升至最終的10%10%開始到集電極電流上升至最為止，這一段時間被定義為開通延遲時間。開通上升時間tr :開通時，從集電極電流上升至最終值的 終值的90%為止，這一段時間被定義為開通上升時間。關斷延遲時間td(off):關斷時，從柵極電壓下降至其開通值的90%開始到集電極電流下 降到開通值的90%為止，這一段時間被定義為關斷延遲時間。關斷下降時間tf :關斷時，集電極電流由開通值的90%下降到10%之間的時間。開關時間的定義由下圖所示：Tl12因為電壓

9、的上升下降時間及拖尾電流沒有制定，上述開關時間參數無法給出足夠的信息用來獲取開關損耗。因而，單個脈沖的能量損耗被單獨給出，單個脈沖開關損耗可由下列積分公式獲得：以制=/ %后左.麻= J UCE-Ic dt單個脈沖的開關時間及能量參數強烈地依賴于一系列具體應用條件，如柵極驅動電路、電路布局、柵極電阻、母線電壓電流及結溫。因而，手冊里的值只能作為IGBT開關性能的參考，需要通過詳細的仿真和實驗獲得較為精確的值。針對半橋拓撲電路，可根據手冊里的開關時間參數，設置互補的兩個器件在開通及關斷時的死區時間。一（0夠皿乂 + '/皿熬）一而血血）+ 'PHLu電k TPLH 1向）15j聽

10、/ di iver output h®h co low deldytnujF.； drive r output low to high delayE 5cwnwc空于沖)1號咫1： nd Lai tLn-ei S#Uy t4ni lnejet',4 l»diVcc iil* VTm, i 125 CAin 3.3 6It I。就0 30M5收ilrriuklivf L»l：fi-M 1* f白 * i r-dudi e kuid j舊五4曲九的e不就4 ¥LN3*Cv« v= i3S*eIC.06 OJQ四戶k -JK JLVc6>

11、;9WWh？¥Cvw -xi$ vtT - ia&xk即0811.OT曜F« E41岫讓,.曹 5 sllta：it-r & incuc: w ；mglT-A.Wci -fleevIrr-2SXVafVT., S 12&'Ci = 3iDbD.UD,C2珈時機：.箱*中i PQ Pin S lLTFiKTi Bnsng)i 103sl per 口二媚力=*九¥比=迎>TT| - J5 CVk. «*15 V. L4*fi0nMT” * 127：RzS。E/國AfcMh九引"爭X yj $ pr> Py jLiTMflTifiirflji la» gw pdlukA./GE-9QQVK -£5doe 115 V_ La ® eo nMT.