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君芯IGBT驱动电阻Rg选型推荐

2017-09-20 16:56:33 我要评论(0) 字号:T | T
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江苏中科君芯科技有限公司1、前言IGBT凭借出色的高电压大电流特点,在电力电子领域中应用越来越广泛,作为绝缘栅控制的少子器件,其驱动电路的设计关乎着IGBT能否可靠运行,故驱动电阻Rg的选型的重要性对于IGBT应...

江苏中科君芯科技有限公司

1、前言

IGBT凭借出色的高电压大电流特点,在电力电子领域中应用越来越广泛,作为绝缘栅控制的少子器件,其驱动电路的设计关乎着IGBT能否可靠运行,故驱动电阻Rg的选型的重要性对于IGBT应用来说就至关重要;但Rg的选型是一个十分复杂的工作,简单来说减小Rg 会让导通和关断时间缩短且开关损耗也会相应的减小,但引发的门极振荡和高速的di/dt与dv/dt 可能会对系统带来负面的影响。同样的增加Rg,虽然可以避免上述的一些问题,但除了会增加开关的延迟外,对系统保护与IGBT 自身的保护以及散热设计也会产生程度不一的影响。

2、选型分析

因为电路中必然存在杂散电感,所以减小Rg 时必须考虑di/dt 所产生的影响,过高的di/dt 除了会在IGBT 关断时产生过大的峰值电压以致于产存在过压击穿的风险外,在开通时也容易造成二极管反向恢复电流过大及IGBT内部的闩锁(latch-up)进而导致失效。同时过高的dv/dt 与di/dt 也会引发更高的共模与差模噪声,导致驱动电路甚至其它器件的误动作。当增大Rg时必须考虑关断延时与门极电压抬升的影响,关断时间延长而造成死区的设置不足,除了会增大上下管直通的可能性,在IGBT上下管开关断的过程中,产生的飘移电流会通过门极电阻,所以会给关断状态下的IGBT 提供了更高的误导通的风险。给予足够的负压值作关断以防止误导通是最常见的作法,但是过大的负压除了进一步增加开通的延迟外,同时也也会加快IGBT 关断的速度,增加过压击穿的风险。门极电阻也决定了短路承受电流的时间与门极电压的抬升的高度,过小的Rg 会缩短IGBT 短路电流可以承受的时间,造成保护不及。但过大的Rg 也会促使短路电流的进一步增加,同样可能会导致IGBT的闩锁或瞬间过温进而失效。另外Rg 也影响了IGBT 切换的损耗,进而会影响模块稳态操作时内部温度升高降低异常操作的余量。

3、选型建议

设置栅极电阻时,会涉及到很多实际问题,故此处给出了涉及栅电阻时的注意事项:

a) 栅电阻尽量靠近IGBT减小引线长度;

b) 驱动的栅射极引线绞合,并且不要用过粗的线;

c) 线路板上的 2 根驱动线的距离尽量靠近并平行差分走线;

d) 栅极电阻尽量使用无感电阻;

e) 如果是有感电阻,可以用几个并联以减小电感。

f) 栅极电阻应尽量靠近IGBT栅极

设置栅极电阻时,对其功率建议如下:

P turn on = F × Qg × +Vge + Cies × (−Vge)

P(turn on) = P(turn off )

P(driving) = P(turn on) + P(turn off )

 = F × Qg × +Vge + Cies × −Vge

选用门极电阻的功率等极必须大于计算总功耗的2 倍以上。

P(turn on):开通时损耗在Rg 的功耗;

P(turn off):关断时损耗在Rg 的功耗;

P(driving) : 损耗在Rg 的总功耗;

+Vge:正向偏置电源电压;

-Vge:反向偏置电源电压;

F:开关频率;

Qg:从0V 到+Vge 为止的充电电荷量;

Cies:IGBT 输入电容;

4、驱动电阻Rg变化影响特性关系

在特定驱动情况下,栅极电阻变化与IGBT参数特性变化如下表1所示。

表1:栅极电阻与IGBT特征参数关系表

IGBT特征参数

门极电阻增大

门极电阻减小

Ton

增大

减小

Toff

增大

减小

Td(on)

增大

减小

Td(off)

增大

减小

Eon

增大

减小

Eoff

增大

减小

Vce(spike)

减小

增大

开通浪涌电流

减小

增大

关断浪涌电压

减小

增大

导通峰值电流

减小

增大

二极管关断尖峰电流

减小

增大

dv/dt

减小

增大

di/dt

减小

增大

EMI

减小

增大

EMS

减小

增大

5、君芯IGBT单管及模块Rg选型推荐表

 表2:IGBT单管Rg选型推荐表

型号

初始阻值

电阻功率要求

di/dt

适用领域

KWBW15N120S1E1

20 ohm

>=0.25W

<=3000A/us

IH

KWBW25N120S1E1

10 ohm

>=0.25W

<=6000A/us

逆变焊机

KWBW15N120S2E1

KWBW15N120S3E1

20 ohm

>=0.25W

<=6000A/us

逆变焊机

KWBW25N120S2E1

KWBW25N120S3E1

20 ohm

>=0.25W

<=6000A/us

逆变焊机

KWBW40N65S2E1

15 ohm

>=0.25W

<=7000A/us

逆变焊机

KWBW40N120S1E6

KWBL40N120S1E6

KWBW40N120S2E1

15 ohm

>=0.25W

<=7000A/us

逆变焊机

KWBW40N120S3E1

15 ohm

>=0.25W

<=7000A/us

变频

备注:驱动电压:±15V

表3:IGBT模块Rg选型推荐表

型号

初始阻值

电阻功率要求

di/dt

适用领域

KWRFF40R12SWM

Ron=15 ohm

Roff=5.1 ohm

>=0.25W

<=7000A/us

逆变焊机

KWRFF75R12SWM

Ron=15 ohm

Roff=5.1ohm

>=0.25W

<=8000A/us

逆变焊机

KWFFP15R12NS3

86

>=0.25W

<=6000A/us

变频

KWMFP25R12NS3

KWMFP25R12NS3_B

56

>=0.25W

<=6000A/us

变频

KWMFP40R12NS3

KWMFP40R12NS3_B

36

>=0.5W

<=6000A/us

变频

备注:驱动电压:±15V

6、总结:

栅极电阻Rg的选型是一个关乎系统稳定性的工作,通常是由工程师根据实际的性能要求调整而定,但通过君芯的选型建议,可以加快该工作的进度,确保客户能够较快应用君芯产品。

 

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