柵極電阻RG對IGBT開關(guān)特性的性能影響分析

　　5 柵極電阻的計算

　　對于低開關(guān)損耗，無IGBT模塊振蕩，低二極管反向恢復(fù)峰值電流和最大dv/dt限制，柵極電阻必須體現(xiàn)出最佳的開關(guān)特性。通常在應(yīng)用中，額定電流大的IGBT模塊將采用較小的柵極電阻驅(qū)動;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，IGBT數(shù)據(jù)手冊中所給的電阻值必須為每個設(shè)計而優(yōu)化。IGBT數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)手冊所列值和其兩倍之間。IGBT數(shù)據(jù)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。在實際中，由于測試電路和各個應(yīng)用參數(shù)的差異，IGBT數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)表值)可被作為優(yōu)化的起點，以相應(yīng)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(tǒng)，使應(yīng)用中的寄生電感最小很重要。這對于保持IGBT的關(guān)斷過電壓在數(shù)據(jù)手冊的指定范圍內(nèi)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(dǎo)通和關(guān)斷時間，以及開關(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(qū)動器輸出級的性能決定。

　　6 設(shè)計、布局和疑難解答

　　為了能夠經(jīng)受住應(yīng)用中出現(xiàn)的大負(fù)載，柵極電阻必須滿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(fù)載，建議使用電阻并聯(lián)的形式。這將產(chǎn)生一個冗余，如果一個柵極電阻損壞，系統(tǒng)可臨時運行，但開關(guān)損耗較大。選擇錯誤的柵極電阻，可能會導(dǎo)致問題和不希望的結(jié)果。所選的柵極電阻值太大，將導(dǎo)致?lián)p耗過大，應(yīng)減小柵極電阻值。過高的柵極電阻值可能會導(dǎo)致IGBT在開關(guān)期間長時間運行在線性模式下，最終導(dǎo)致柵極振蕩。然而，萬一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，都會導(dǎo)致柵極電阻過熱或燒毀。運行期間，柵極電阻不得不承受連續(xù)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，會帶來更高的dv/dt 或di/dt，但也可能會導(dǎo)致EMI噪聲。

　　應(yīng)用(直流環(huán)節(jié))中的電感過大或者使用的柵極電阻小，將導(dǎo)致更大的di/dt，從而產(chǎn)生過大的IGBT電壓尖峰。因此，應(yīng)盡量減小電感或者增大柵極電阻值。為減小短路時的電壓尖峰，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(yīng)盡可能短。如果柵極電阻和IGBT模塊之間的連線過長，將會在柵極-發(fā)射極的通道上產(chǎn)生較大的電感。結(jié)合IGBT的輸入電容，該線路電感將形成一個LC振蕩電路。可簡單地通過縮短連線或者用比最小柵極電阻值RG(min)≥2√Lwire/Cies大的柵極電阻來衰減這種振蕩。