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浅谈IGBT驱动电路中栅极电阻Rg的作用及选取方法

时间:2013-03-22 14:52来源:洛阳科诺 作者:admin 点击:
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
一、栅极电阻Rg的作用
1、消除栅极振荡
绝缘栅器件(IGBT、MOSFET)的栅射(或栅源)极之间是容性结构,栅极回路的寄生电感又是不可避免的,如果没有栅极电阻,那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡,因此必须串联一个电阻加以迅速衰减。
2、转移驱动器的功率损耗
电容电感都是无功元件,如果没有栅极电阻,驱动功率就将绝大部分消耗在驱动器内部的输出管上,使其温度上升很多。
3、调节功率开关器件的通断速度
栅极电阻小,开关器件通断快,开关损耗小;反之则慢,同时开关损耗大。但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高,从而产生较大的干扰,严重的将使整个装置无法工作,因此必须统筹兼顾。
二、栅极电阻的选取
1、栅极电阻阻值的确定
各种不同的考虑下,栅极电阻的选取会有很大的差异。初试可如下选取:
IGBT额定电流(A)  50  100  200  300  600  800  1000  1500 
Rg阻值范围(Ω)  10~20  5.6~10  3.9~7.5  3~5.6  1.6~3  1.3~2.2  1~2  0.8~1.5 不同品牌的IGBT模块可能有各自的特定要求,可在其参数手册的推荐值附近调试。
2、栅极电阻功率的确定
栅极电阻的功率由IGBT栅极驱动的功率决定,一般来说栅极电阻的总功率应至少是栅极驱动功率的2倍。
IGBT栅极驱动功率 P=FUQ,其中:
F 为工作频率;
U 为驱动输出电压的峰峰值;
Q 为栅极电荷,可参考IGBT模块参数手册。
例如,常见IGBT驱动器(如TX-KA101)输出正电压15V,负电压-9V,则U=24V,
假设 F=10KHz,Q=2.8uC
可计算出 P=0.67w ,栅极电阻应选取2W电阻,或2个1W电阻并联。
三、设置栅极电阻的其他注意事项
1、尽量减小栅极回路的电感阻抗,具体的措施有:
a) 驱动器靠近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;
d) 栅极电阻使用无感电阻;
e) 如果是有感电阻,可以用几个并联以减小电感。
2、IGBT 开通和关断选取不同的栅极电阻
通常为达到更好的驱动效果,IGBT开通和关断可以采取不同的驱动速度,分别选取 Rgon和Rgoff(也称 Rg+ 和 Rg- )往往是很必要的。
IGBT驱动器有些是开通和关断分别输出控制,只要分别接上Rgon和Rgoff就可以了。
有些驱动器只有一个输出端,这就要在原来的Rg 上再并联一个电阻和二极管的串联网络,用以调节2个方向的驱动速度。
3、在IGBT的栅射极间接上Rge=10-100K 电阻,防止在未接驱动引线的情况下,偶然加主电高压,通过米勒电容烧毁IGBT。所以用户最好再在IGBT的栅射极或MOSFET栅源间加装Rge。