设计驱动电路考虑因素

设计电力MOSFET和IGBT的驱动电路时应考虑哪些因素？电自207班宁月201214010715MOSFET开关损耗小，开关速度快，适用高频；正压驱动：10~12V左右；驱动电压负压：MOSFET因为拖尾电流的特性不明显，建议加-2V左右的负压。IGBT导通压降低，耐压高，适用于高压大功率场合。正压驱动：在15V左右，驱动电压负压：IGBT具有拖尾电流的特性，而且输入电容比较大，建议在-5~-15V之间，MOSFET驱动电路的要求（1）开通瞬时，提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值，保证快速开通且避免上升沿的高频振荡；（2）导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定使可靠导通；（3）关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放，保证开关管能快速关断；（4）关断期间驱动电路最好能提供一定的负电压避免受到干扰产生误导通；（5）另外要求驱动电路结构简单可靠，损耗小，最好有隔离。IGBT驱动电路的要求（1）提供适当的正反向输出电压，使IGBT能可靠地开通和关断。（2）提供足够大的瞬态功率和瞬时电流，使IGBT能迅速建立栅控电场而导通。(3)IGBT开通后，驱动电路应提供足够的电压、电流幅值，使IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和而损坏。IGBT驱动电路的要求(4)尽可能减小输入输出延迟时间，以提高工作效率。（5）IGBT驱动电路中的电阻Rg对工作性能有较大的影响。(6)驱动电路应具有较强的抗干扰能力，输入输出隔离性能，使信号电路与栅极驱动电路绝缘。（7）灵敏的过流保护能力•容性输入阻抗•对栅极电荷集聚很敏感,•低阻抗值的放电回路•栅极驱动布线影响：防止潜在的振荡、减慢栅极电压的上升、减小噪声、降低电源驱动功耗。必须注意以下几点:•(1)减小输出线的寄生电感•(2)正确放置驱动板或屏蔽栅极驱动电路,防止功率电路的干扰。•(3)若驱动PCB板不能与IGBT控制端子直接连线时,要采用双绞线,约2转/cm,连线应尽量短,或用带状线。•(4)驱动PCB板上各驱动线不宜太近,且尽量避免平行。•(5)为了提高栅极抗干扰能力,应在栅射之间并联电阻(10～20kΩ)或双向箝位稳压管,或者两者并联。考虑：IGBT模块动态参数•IGBT模块开关性能如：开关频率、开关损耗、死区时间、驱动功率等•动态参数：模块内部栅极电阻、外部栅极电阻、外部栅极电容、IGBT寄生电容参数、栅极充电电荷、IGBT开关时间RGint：模块内部栅极电阻:为了实现模块内部芯片均流，模块内部集成有栅极电阻。该电阻值应该被当成总的栅极电阻的一部分来计算IGBT驱动器的峰值电流能力。RGext：外部栅极电阻：外部栅极电阻由用户设置，电阻值会影响IGBT的开关性能。用户可通过加装一个退耦合二极管设置不同的Rgon和Rgoff。已知栅极电阻和驱动电压条件下，IGBT驱动理论峰值电流可由下式计算得到，其中栅极电阻值为内部及外部之和。实际上，受限于驱动线路杂散电感及实际栅极驱动电路非理想开关特性，计算出的峰值电流无法达到。驱动器的驱动能力不够，IGBT的开关性能将会受到严重的影响。最小的Rgon由开通di/dt限制，最小的Rgoff由关断dv/dt限制，Cge：外部栅极电容：高压IGBT一般推荐外置Cge以降低栅极导通速度，开通的di/dt及dv/dt被减小，有利于降低受di/dt影响的开通损耗。IGBT寄生电容：IGBT寄生电容是其芯片的内部结构固有的特性，输入电容Cies及反馈电容Cres是衡量栅极驱动电路的根本要素，输出电容Coss限制开关转换过程的dv/dt，Coss造成的损耗一般可以被忽略。Cies=CGE+CGC：输入电容（输出短路）Coss=CGC+CEC：输出电容（输入短路）Cres=CGC：反馈电容（米勒电容）动态电容随着集电极与发射极电压VCE的增加而减小，如下图所示：手册里面的寄生电容值是在25V栅极电压测得，CGE的值随着VCE的变化近似为常量。CCG的值强烈依赖于VCE的值，并可由下式估算出：IGBT所需栅极驱动功率：或者QG：栅极充电电荷IGBT短路——IGBT寄生导通现象：根本原因：米勒电容S2处于关断状态，S1开通时，S2两端会产生电压变化（dv/dt），将会形成因自身寄生米勒电容CCG所引发的电流，这个电流流过栅极电阻RG与驱动内部电阻，造成IGBT栅极到射极上的压降，如果这个电压超过IGBT的栅极临界电压，那么就可能造成S2的寄生导通，形成短路，引起电流击穿问题，进而可能导致IGBT损坏。如果集电极与发射极之间存在高电压瞬变，由于驱动回路寄生电感，米勒电容分压器反应速度远远快于外围驱动电路。因此即使IGBT关断在0V栅极电压，dVce/dt将会造成栅极电压的上升，栅极电路的影响将被忽略。栅极发射极电压可由下式计算：Cres/Cies的比例应该越小越好。为了避免栅极驱动的损耗，输入电容Cies的值也应该越小越好。另外：米勒电容CGC随着VCE的增大而减小，所以，随着VCE的增大，抑制dv/dt寄生导通的性能也增加。