IGBT的驅(qū)動功率計(jì)算
對于IGBT的門極所需的驅(qū)動功率的大小計(jì)算，我們經(jīng)常在拿到IGBT規(guī)格書的時(shí)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(jì)算,P=Qg*ΔVge*f或者P=Ciss*5*ΔVge?*f，今天我們就來聊聊IGBT驅(qū)動器驅(qū)動功率的計(jì)算。
關(guān)于IGBT的使用，我們在評估完IGBT本身特性參數(shù)的時(shí)候，可以最重要的就是驅(qū)動器的選擇和設(shè)計(jì)了，此時(shí)我們經(jīng)常會遇到，如Datasheet描述的參數(shù)不是太充分，驅(qū)動電阻應(yīng)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(shí)際情況進(jìn)行調(diào)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(qū)動器的設(shè)計(jì)，最重要的因素還是其驅(qū)動功率，這一點(diǎn)達(dá)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(shè)計(jì)一個驅(qū)動器來說，最重要的參數(shù)莫過于門極電荷Qg的大小，同時(shí)確定實(shí)際的門極輸入電容Cies的大小，因?yàn)镈atasheet中給到的輸入電容大小一般是個參考值，確定實(shí)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(shí)際輸入結(jié)電容Cin的大小。首先，在負(fù)載端沒有輸出電壓的情況下，我們可以進(jìn)行下面這樣的計(jì)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(jì)算出實(shí)際的門極輸入電容
Cin=Qg/ΔV
這里的測得的實(shí)際輸入結(jié)電容Cin在我們的設(shè)計(jì)中是具有很大意義的。
2.
關(guān)于Ciss
在IGBT的Datasheet中，我們經(jīng)常會看到一個參數(shù)Ciss，在實(shí)際電路應(yīng)用中，這個參數(shù)其實(shí)并不算一個很有用的參數(shù)，是因?yàn)樗峭ㄟ^電橋測得的，由于測量電壓太小而不能達(dá)到門極的門檻電壓，實(shí)際開關(guān)過程中的miller效應(yīng)并沒有能包涵在內(nèi)。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(jié)電容要比Vce=0的時(shí)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(shí)使用。
一般我們使用下面的經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)規(guī)格書的Ciss來計(jì)算輸入電容Cin的大小
Cin=5Ciss
3.
驅(qū)動功率的計(jì)算
接下來讓我們看看應(yīng)該如何來計(jì)算驅(qū)動功率。
在輸入結(jié)電容中存儲的能量可以通過如下公式計(jì)算：
W=1/2*Cin*ΔU?
其中，ΔU是門極上上升的整個電壓，比如在±15V的驅(qū)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(qū)動功率我們可以按下式計(jì)算：
P=f*Cin*ΔU?
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(qū)動時(shí)所必須的，但門極的充放電時(shí)基本沒有能量損失的，這個功率實(shí)際上損失在驅(qū)動電阻和外部電路中。當(dāng)然，設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮其他方面的損耗，比如供電電源的損耗。
4.
驅(qū)動電流的計(jì)算
驅(qū)動器的最大輸出電流必須大于等于實(shí)際所需要的門極驅(qū)動電流，計(jì)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(qū)動電阻。
下面我們舉個例子簡單計(jì)算一下：
比如現(xiàn)有一個200A的IGBT模塊，工作頻率8KHZ，門極電荷測量波形如下：
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(qū)動功率：
P=f*Qg*ΔU=8*2150*30=0.516W
如果Rg=4.7Ω，那么驅(qū)動電流為：
Ig=ΔU/Rg=30/4.7=6.4A
所需驅(qū)動功率的大小，再結(jié)合其他設(shè)計(jì)因素，我們就可以參考設(shè)計(jì)出所需的驅(qū)動板。
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