绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在今天的电力电子领域中已经得到广泛的应用，在实际使用中除IGBT自身外，IGBT 驱动器的作用对整个换流系统来说同样至关重要。驱动器的选择及输出功率的计算决定了换流系统的可靠性。驱动器功率不足或选择错误可能会直接导致 IGBT 和驱动器损坏。以下总结了一些关于IGBT驱动器输出性能的计算方法以供选型时参考。

IGBT 的开关特性主要取决于IGBT的门极电荷及内部和外部的电阻。图1是IGBT 门极电容分布示意图，其中CGE 是栅极-发射极电容、CCE 是集电极-发射极电容、CGC 是栅极-集电极电容或称米勒电容(Miller Capacitor)。门极输入电容Cies 由CGE 和CGC 来表示，它是计算IGBT 驱动器电路所需输出功率的关键参数。该电容几乎不受温度影响，但与IGBT集电极-发射极电压VCE 的电压有密切联系。在IGBT数据手册中给出的电容Cies 的值，在实际电路应用中不是一个特别有用的参数，因为它是通过电桥测得的，在测量电路中，加在集电极上C 的电压一般只有25V(有些厂家为10V)，在这种测量条件下，所测得的结电容要比VCE=600V 时要大一些(如图2)。由于门极的测量电压太低(VGE=0V )而不是门极的门槛电压，在实际开关中存在的米勒效应(Miller 效应)在测量中也没有被包括在内，在实际使用中的门极电容Cin值要比IGBT 数据手册中给出的电容Cies 值大很多。因此，在IGBT数据手册中给出的电容Cies值在实际应用中仅仅只能作为一个参考值使用。

确定IGBT 的门极电荷

对于设计一个驱动器来说，最重要的参数是门极电荷QG(门极电压差时的IGBT 门极总电荷)，如果在IGBT 数据手册中能够找到这个参数，那么我们就可以运用公式计算出:门极驱动能量 E = QG · UGE = QG · [ VG(on) - VG(off) ]

门极驱动功率 PG = E · fSW = QG · [ VG(on) - VG(off) ] · fSW

驱动器总功率 P = PG + PS(驱动器的功耗)

平均输出电流 IoutAV = PG / ΔUGE = QG · fSW

最高开关频率 fSW max. = IoutAV(mA) / QG(μC)

峰值电流IG MAX = ΔUGE / RG min = [ VG(on) - VG(off) ] / RG min

其中的 RG min = RG extern + RG intern

fsw max. : 最高开关频率IoutAV :单路的平均电流QG : 门极电压差时的 IGBT门极总电荷RG extern : IGBT 外部的门极电阻RG intern : IGBT 芯片内部的门极电阻但是实际上在很多情况下，数据手册中这个门极电荷参数没有给出，门极电压在上升过程中的充电过程也没有描述。这时候最好是按照 IEC 60747-9-2001 - Semiconductor devices -

Discrete devices - Part 9: Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs)

所给出的测试方法测量出开通能量E，然后再计算出QG。

E = ∫IG · ΔUGE · dt= QG · ΔUGE

这种方法虽然准确但太繁琐，一般情况下我们可以简单地利用IGBT数据手

册中所给出的输入电容Cies值近似地估算出门极电荷:

如果IGBT数据表给出的Cies的条件为VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，那么可以近似的认为Cin=4.5Cies，

门极电荷 QG ≈ ΔUGE · Cies · 4.5 = [ VG(on) - VG(off) ] · Cies · 4.5

Cies : IGBT的输入电容(Cies 可从IGBT 手册中找到)

如果IGBT数据表给出的Cies的条件为VCE = 10 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz，那么可以近似的认为Cin=2.2Cies，

门极电荷 QG ≈ ΔUGE · Cies · 2.2 = [ VG(on) - VG(off) ] · Cies · 2.2

Cies : IGBT的输入电容(Cies 可从IGBT 手册中找到)

如果IGBT数据手册中已经给出了正象限的门极电荷曲线，那么只用Cies 近似计算负象限的门极电荷会更接近实际值:

门极电荷 QG ≈ QG(on) + ΔUGE · Cies · 4.5 = QG(on) + [ 0 - VG(off) ] · Cies · 4.5

-- 适用于Cies 的测试条件为 VCE = 25 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT

门极电荷 QG ≈ QG(on) + ΔUGE · Cies · 2.2 = QG(on) + [ 0 - VG(off) ] · Cies · 2.2

-- 适用于Cies 的测试条件为 VCE = 10 V, VGE = 0 V, f= 1 MHz 的IGBT

当为各个应用选择IGBT驱动器时，必须考虑下列细节:

· 驱动器必须能够提供所需的门极平均电流IoutAV 及门极驱动功率PG。驱动器的最大平均输出电流必须大于计算值。

· 驱动器的输出峰值电流IoutPEAK 必须大于等于计算得到的最大峰值电流。

· 驱动器的最大输出门极电容量必须能够提供所需的门极电荷以对IGBT 的门极充放电。在POWER-SEM 驱动器的数据表中，给出了每脉冲的最大输出电荷，该值在选择驱动器时必须要考虑。

另外在IGBT驱动器选择中还应该注意的参数包括绝缘电压Visol IO 和dv/dt 能力。