確定柵極電荷Qg和柵極電容

　　對(duì)于設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)，最重要的參數(shù)是柵極電荷Qg的大小，同時(shí)也決定了實(shí)際柵極輸入電容Cies的大小。由于數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的輸入電容一般是參考值，因此確定實(shí)際的柵極輸入電容意義重大。

　　我們可以通過(guò)測(cè)量柵極的充電過(guò)程來(lái)確定實(shí)際的輸入結(jié)電容Cin。首先，當(dāng)負(fù)載端沒(méi)有輸出電壓時(shí)，我們可以進(jìn)行如下計(jì)算:

　　柵極電荷qg = ∫ IDT = c * δ v

　　在確定了柵極電荷Qg之后，我們就可以通過(guò)柵極充電過(guò)程中柵極電壓的上升過(guò)程來(lái)測(cè)量δV，然后利用公式就可以計(jì)算出實(shí)際的柵極輸入電容。

　　CIN = Qg/δV

　　這里測(cè)得的實(shí)際輸入結(jié)電容Cin在我們的設(shè)計(jì)中具有重要意義。

　　1.關(guān)于Ciss

　　在IGBT的數(shù)據(jù)表中，我們經(jīng)?？吹揭粋€(gè)參數(shù)Ciss。在實(shí)際電路應(yīng)用中，這個(gè)參數(shù)不是一個(gè)非常有用的參數(shù)，因?yàn)樗怯呻姌驕y(cè)量的。因?yàn)闇y(cè)得的電壓太小，達(dá)不到柵極的閾值電壓，所以不包括實(shí)際開關(guān)過(guò)程中的米勒效應(yīng)。在測(cè)量電路中，對(duì)集電極施加25V的電壓，用這種方法測(cè)得的結(jié)電容小于Vce=0時(shí)的結(jié)電容。因此，規(guī)范中的參數(shù)Ciss通常用于比較IGBT和IGBT。

　　通常，我們使用以下經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)規(guī)格的Ciss計(jì)算輸入電容Cin。

　　Cin=5Ciss

　　2.驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算

　　接下來(lái)，我們來(lái)看看如何計(jì)算驅(qū)動(dòng)力。

　　輸入結(jié)電容中存儲(chǔ)的能量可通過(guò)以下公式計(jì)算:

　　w = 1/2 * CIN *δU？

　　其中δU是柵極上上升的總電壓，例如，在15V的驅(qū)動(dòng)電壓下，δU是30V。

　　在每個(gè)周期中，柵極充電兩次，IGBT所需的驅(qū)動(dòng)功率可計(jì)算如下:

　　p = f * CIN *δU？

　　如果之前測(cè)量了柵極電荷，則

　　p = f * Qg *δU

　　驅(qū)動(dòng)每個(gè)IGBT時(shí)都需要這個(gè)功率，但柵極充放電時(shí)基本沒(méi)有能量損失。這種功率實(shí)際上是在驅(qū)動(dòng)電阻和外部電路中損失的。當(dāng)然，設(shè)計(jì)還需要考慮其他損耗，比如電源的損耗。

　　3.驅(qū)動(dòng)電流的計(jì)算

　　驅(qū)動(dòng)器的輸出電流必須大于或等于實(shí)際需要的柵極驅(qū)動(dòng)電流，計(jì)算公式如下:

　　Ig，max =δU/Rg，min

　　δU是整個(gè)柵極的上升電壓，rg和min是電路中選擇的小驅(qū)動(dòng)電阻。

　　我們舉個(gè)例子，簡(jiǎn)單計(jì)算一下:

　　例如，現(xiàn)有的200 A IGBT模塊工作在8KHZ，柵極電荷測(cè)量的波形如下:

　　Qg和δ u可以用示波器測(cè)量:Qg=2150nC，δ u = 30v。

　　那么柵極電容CIN = Qg/δU = 71.6 nf

　　所需驅(qū)動(dòng)功率:

　　p = f * Qg *δU = 8 * 2150 * 30 = 0.516 w

　　如果Rg = 4.7Ω，則驅(qū)動(dòng)電流為:

　　ig =δU/Rg = 30/4.7 = 6.4A

　　所需驅(qū)動(dòng)功率的大小，結(jié)合其他設(shè)計(jì)因素，我們可以參考設(shè)計(jì)所需的驅(qū)動(dòng)板。