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詳解IGBT驅動功率計算

2019-06-06 10:35 來源:互聯網 編輯:Angelina

關于IGBT的使用,我們在評估完IGBT本身特性參數的時候,可以最重要的就是驅動器的選擇和設計了,此時我們經常會遇到,如Datasheet描述的參數不是太充分,驅動電阻應該如何選擇(這個一般IGBT廠家都會有一個推薦值,在其附近選取,再根據實際情況進行調整)等等一些不確定因素或者問題,在這之前,我覺得對于一個驅動器的設計,最重要的因素還是其驅動功率,這一點達不到,其他因素都沒有意義了。

對于IGBT的門極所需的驅動功率的大小計算,我們經常在拿到IGBT規格書的時候會根據其中的Qg或者輸入電容Ciss(Ciss=Cge+Cgc)做一個大致的計算,P=Qg*ΔVge*f或者P=Ciss*5*ΔVge2*f,今天我們就來聊聊IGBT驅動器驅動功率的計算。

一、確定門極電荷Qg和門極電容

對于設計一個驅動器來說,最重要的參數莫過于門極電荷Qg的大小,同時確定實際的門極輸入電容Cies的大小,因為Datasheet中給到的輸入電容大小一般是個參考值,確定實際門極輸入電容是一重要意義的。

我們可以通過測量門極的充電過程來確定實際輸入結電容Cin的大小。首先,在負載端沒有輸出電壓的情況下,我們可以進行下面這樣的計算:

門極電荷Qg=∫idt=C*ΔV

確定了門極電荷Qg之后,我們可以通過門極充電過程中的門極電壓上升過程,示波器可以測量出ΔV,那么利用公式可以計算出實際的門極輸入電容:

Cin=Qg/ΔV

這里的測得的實際輸入結電容Cin在我們的設計中是具有很大意義的。

二、關于Ciss

在IGBT的Datasheet中,我們經常會看到一個參數Ciss,在實際電路應用中,這個參數其實并不算一個很有用的參數,是因為它是通過電橋測得的,由于測量電壓太小而不能達到門極的門檻電壓,實際開關過程中的miller效應并沒有能包涵在內。

在測量電路中,一個25V的電壓加在集電極上,在這種測量方法下測得的結電容要比Vce=0的時候要小一些,因此,規格書中的Ciss這個參數一般用于IGBT相互做對比時使用。

一般我們使用下面的經驗公式根據規格書的Ciss來計算輸入電容Cin的大小:

Cin=5Ciss

三、驅動功率的計算

接下來讓我們看看應該如何來計算驅動功率。

在輸入結電容中存儲的能量可以通過如下公式計算:

W=1/2*Cin*ΔU2

其中,ΔU是門極上上升的整個電壓,比如在±15V的驅動電壓下,ΔU就是30V。

在每個周期,門極被充電兩次,一個IGBT所需的驅動功率我們可以按下式計算:

P=f*Cin*ΔU2

如果門極電荷先前通過測量得到了,那么:

P=f*Qg*ΔU

這個功率是每個IGBT驅動時所必須的,但門極的充放電時基本沒有能量損失的,這個功率實際上損失在驅動電阻和外部電路中。當然,設計時還需要考慮其他方面的損耗,比如供電電源的損耗。

四、驅動電流的計算

驅動器的最大輸出電流必須大于等于實際所需要的門極驅動電流,計算公式如下:

Ig,max=ΔU/Rg,min

ΔU是整個門極上升電壓,而Rg,min是電路中選取的最小驅動電阻。

下面我們舉個例子簡單計算一下。

比如現有一個200A的IGBT模塊,工作頻率8KHZ,門極電荷測量波形如下:

詳解IGBT驅動功率計算

Qg和ΔU可以通過示波器測得:

Qg=2150nC,ΔU=30V

那么門極電容Cin=Qg/ΔU=71.6nF。

所需的驅動功率:

P=f*Qg*ΔU=8*2150*30=0.516W

如果Rg=4.7Ω,那么驅動電流為:Ig=ΔU/Rg=30/4.7=6.4A

所需驅動功率的大小,再結合其他設計因素,我們就可以參考設計出所需的驅動板。

標簽: IGBT 功率計算

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