IGBT基础与运用-2

作者：yzhu05

尝试去计算IGBT的开启过程，主要是时间和门电阻的散热情况。



C.GE 栅极-发射极电容
C.CE 集电极-发射极电容
C.GC 门级-集电极电容（米勒电容）



Cies = CGE + CGC 输入电容
Cres = CGC       反向电容
Coes = CGC + CCE 输出电容
根据充电的详细过程，可以下图所示的过程进行分析



对应的电流可简单用下图所示：



第1阶段：栅级电流对电容CGE进行充电，栅射电压VGE上升到开启阈值电压VGE(th)。这个过程电流很大，甚至可以达到几安培的瞬态电流。在这个阶段，集电极是没有电流的，极电压也没有变化，这段时间也就是死区时间，由于只对GE电容充电，相对来说这是比较容易计算的，由于我们采用电压源供电，这段曲线确实是一阶指数曲线。

第2阶段：栅极电流对Cge和Cgc电容充电，IGBT的开始开启的过程了，集电极电流开始增加，达到最大负载电流电流 IC，由于存在二极管的反向恢复电流，因此这个过程与MOS管的过程略有不同，同时栅极电压也达到了米勒平台电压。

第3阶段：栅极电流对Cge和 Cgc电容充电，这个时候VGE是完全不变的，值得我们注意的是Vce的变化非常快。

第4阶段：栅极电流对Cge和Cgc电容充电，随着Vce缓慢变化成稳态电压，米勒电容也随着电压的减小而增大。Vge仍旧维持在米勒平台上。

第5阶段：这个时候栅极电流继续对Cge充电，Vge电压开始上升，整个IGBT完全打开。

我的一个同事在做这个将整个过程等效为一阶过程。

如果以这个电路作为驱动电路的话：



驱动的等效电路可以表示为：



利用RC的充放电曲线可得出时间和电阻的功率。

这么算的话，就等于用指数曲线，代替了整个上升过程，结果与等效的过程还是有些差距的。

不过由于C.GE，C.CE，C.GC是变化的，而且电容两端的电压时刻在变化，我们无法完全整理出一条思路来。

很多供应商都是推荐使用Qg来做运算，计算方法也可以整理出来，唯一的变化在于Qg是在一定条件下测定的，我们并不知道这种做法的容差是多少。



我觉得这种做法的最大的问题是把整个Tsw全部作为充放电的时间，对此还是略有些疑惑的。



说说我个人的看法，对这个问题，定量的去计算得到整个时间非常困难，其实就是仿真也是通过数字建模之后进行实时计算的结果，这个模型与实际的条件进行对比也可能有很大的差距。

因此如果有人要核算整个栅极控制时序和时间，利用电容充电的办法大致给出一个很粗略的结果是可以的，如果要精确的，算不出来。
对于门级电阻来说，每次开关都属于瞬态功耗，可以使用以前介绍过的电阻的瞬态功率进行验算吧。

电阻抗脉冲能力

我们选电阻的大小是为了提供足够的电流，也是为了足够自身散热情况。

前级的三极管，这个三极管的速度要非常快，否则如果进入饱和的时间不够短，在充电的时候将可能有钳制作用，因此我对于这个电路的看法是一定要做测试。空载的和带负载的，可能情况有很大的差异。

栅极驱动的改进历程和办法（针对米勒平台关断特性）