柵極電阻RG對IGBT開(kāi)關(guān)特性的性能影響分析

　　5 柵極電阻的計算

　　對于低開(kāi)關(guān)損耗，無(wú)IGBT模塊振蕩，低二極管反向恢復峰值電流和最大dv/dt限制，柵極電阻必須體現出最佳的開(kāi)關(guān)特性。通常在應用中，額定電流大的IGBT模塊將采用較小的柵極電阻驅動(dòng);同樣的，額定電流小的IGBT模塊，將需要較大的柵極電阻。也就是說(shuō)，IGBT數據手冊中所給的電阻值必須為每個(gè)設計而優(yōu)化。IGBT數據手冊指定了柵極電阻值。然而，最優(yōu)的柵極電阻值一般介于數據手冊所列值和其兩倍之間。IGBT數據手冊中所指定的值是最小值。在指定條件下，兩倍于額定電流可被安全地關(guān)斷。在實(shí)際中，由于測試電路和各個(gè)應用參數的差異，IGBT數據手冊中的柵極電阻值往往不一定是最佳值。上面提到的大概的電阻值(即兩倍的數據表值)可被作為優(yōu)化的起點(diǎn)，以相應地減少柵級電阻值。確定最優(yōu)值的唯一途徑是測試和衡量最終系統，使應用中的寄生電感最小很重要。這對于保持IGBT的關(guān)斷過(guò)電壓在數據手冊的指定范圍內是必要的，特別是在短路情況下。柵極電阻決定柵極峰值電流IGM。增大柵極峰值電流將減少導通和關(guān)斷時(shí)間，以及開(kāi)關(guān)損耗。柵極峰值電流的最大值和柵極電阻的最小值分別由驅動(dòng)器輸出級的性能決定。

　　6 設計、布局和疑難解答

　　為了能夠經(jīng)受住應用中出現的大負載，柵極電阻必須滿(mǎn)足一定的性能要求并具有一定的特性。由于柵極電阻上的大負載，建議使用電阻并聯(lián)的形式。這將產(chǎn)生一個(gè)冗余，如果一個(gè)柵極電阻損壞，系統可臨時(shí)運行，但開(kāi)關(guān)損耗較大。選擇錯誤的柵極電阻，可能會(huì )導致問(wèn)題和不希望的結果。所選的柵極電阻值太大，將導致?lián)p耗過(guò)大，應減小柵極電阻值。過(guò)高的柵極電阻值可能會(huì )導致IGBT在開(kāi)關(guān)期間長(cháng)時(shí)間運行在線(xiàn)性模式下，最終導致柵極振蕩。然而，萬(wàn)一電阻的功耗和峰值功率能力不夠，或者使用了非防浪涌電阻，都會(huì )導致柵極電阻過(guò)熱或燒毀。運行期間，柵極電阻不得不承受連續的脈沖電流，因此，柵極電阻必須具有一定的峰值功率能力。使用非常小的柵極電阻，會(huì )帶來(lái)更高的dv/dt 或di/dt，但也可能會(huì )導致EMI噪聲。

　　應用(直流環(huán)節)中的電感過(guò)大或者使用的柵極電阻小，將導致更大的di/dt，從而產(chǎn)生過(guò)大的IGBT電壓尖峰。因此，應盡量減小電感或者增大柵極電阻值。為減小短路時(shí)的電壓尖峰，可使用軟關(guān)斷電路，它可以更緩慢地關(guān)斷IGBT。柵極電阻和IGBT模塊之間的距離應盡可能短。如果柵極電阻和IGBT模塊之間的連線(xiàn)過(guò)長(cháng)，將會(huì )在柵極-發(fā)射極的通道上產(chǎn)生較大的電感。結合IGBT的輸入電容，該線(xiàn)路電感將形成一個(gè)LC振蕩電路?？珊?jiǎn)單地通過(guò)縮短連線(xiàn)或者用比最小柵極電阻值RG(min)≥2√Lwire/Cies大的柵極電阻來(lái)衰減這種振蕩。