溫故而知新—IGBT的驅動功率計算

來源：羅姆半導體社區(qū)

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(guī)格書的時候會根據(jù)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，今天小R就與大家來聊聊IGBT驅動器驅動功率的計算。

關于IGBT的使用，我們在評估完IGBT本身特性參數(shù)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(shù)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(jù)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。

1.

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(shù)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。

2.

關于Ciss

在IGBT的Datasheet中，我們經常會看到一個參數(shù)Ciss，在實際電路應用中，這個參數(shù)其實并不算一個很有用的參數(shù)，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(guī)格書中的Ciss這個參數(shù)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(jù)規(guī)格書的Ciss來計算輸入電容Cin的大小

Cin=5Ciss

3.

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。

4.

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(xiàn)有一個200A的IGBT模塊，工作頻率8KHZ，

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。

審核編輯黃昊宇