我們的 IGBT 柵極驅(qū)動器電源是否經(jīng)過優(yōu)化？- 第2部分

在本系列的第 1 部分中，我們討論了如何正確選擇 IGBT 的控制電壓。這一次，您將了解有關(guān)隔離要求以及如何計算正確的IGBT 驅(qū)動功率的更多信息。

IGBT驅(qū)動電路的設(shè)計包括上下橋絕緣水平的選擇、驅(qū)動電壓水平的確定、驅(qū)動芯片驅(qū)動功率的確定、短路保護電路等等。今天我們重點討論一下驅(qū)動電流以及功率的確定，也就是說如何確定一個驅(qū)動芯片電流能力是不是可以驅(qū)動一個特定型號的IGBT，如果不能驅(qū)動該如何增強驅(qū)動輸出能力。

對于任何工業(yè)電機驅(qū)動，必須確保輸入電路(低壓)和輸出電路(高壓)的電位分離。低壓側(cè)與控制電子設(shè)備接口，而高壓側(cè)連接到 IGBT。隔離是必要的，因為上部 IGBT 的發(fā)射極電位在直流母線的 DC+ 和 DC- 電位之間切換，其范圍可以在數(shù)百或數(shù)千伏之間。根據(jù)應(yīng)用，必須遵守相應(yīng)的電氣間隙和爬電距離標(biāo)準(zhǔn)以及符合測試電壓。觀察到的一些典型標(biāo)準(zhǔn)是：IEC60664-1、IEC60664-3、IEC61800-5-1 和 EN50124-1。

在最簡單的情況下，僅將半橋的上部 IGBT 與下部 IGBT 分開可能就足夠了。如果微控制器也參考直流電勢，這通常是可能的。根據(jù)應(yīng)用，建議或要求隨后分離與用戶界面的互連。這主要是為了對噪聲和共模接地效應(yīng)進行基本隔離。在大功率應(yīng)用中，每個 IGBT 都進行隔離，每個驅(qū)動器都有自己的電源。

如果驅(qū)動芯片的輸出電流不能驅(qū)動特定IGBT的話，比較簡單的方法是采用推挽電路進一步增強驅(qū)動芯片的峰值電流輸出能力。采用三極管放大是一種常用的方式，其計算步驟如下：

(1)根據(jù)選擇的驅(qū)動電壓水平以及門極電阻計算得到需求的最大峰值電流Ipeak

(2)選擇合適耐壓的PNP/NPN三極管組成推挽電路

(3)查所選擇的三極管數(shù)據(jù)手冊中的電流傳輸系數(shù)hFE，計算得到三極管的基極電流

(4)計算驅(qū)動芯片輸出極的輸出電阻

現(xiàn)在，讓我們學(xué)習(xí)如何計算 IGBT 需要多少柵極驅(qū)動功率。在驅(qū)動 IGBT 時，兩個柵極電壓電平之間的轉(zhuǎn)換需要在柵極驅(qū)動器、柵極電阻器和 IGBT 之間的環(huán)路中消耗一定量的功率。這個數(shù)字通常稱為“驅(qū)動功率 - P DRV”?！?該驅(qū)動功率由柵極電荷 Q Gate、開關(guān)頻率 f IN和實際驅(qū)動器輸出電壓擺幅 ΔV Gate計算得出：

P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate

如果存在外部電容器 C GE(輔助柵極電容器)，則柵極驅(qū)動器還需要對該電容器進行充電和放電。

只要 C GE在一個周期內(nèi)完全充電和放電，R GE的值就不會影響所需的驅(qū)動功率。所需的驅(qū)動功率變?yōu)椋?

P DRV = (Q Gate * f IN * ΔV Gate ) + (C GE * f IN * ΔV GATE 2 )

應(yīng)該注意的是，只要開關(guān)轉(zhuǎn)換從完全開啟到完全關(guān)閉再返回，驅(qū)動功率不取決于柵極電阻的值或占空比。此外，這些等式在非諧振柵極驅(qū)動中也是正確的。這是 IGBT 所需的總驅(qū)動功率，但驅(qū)動 IGBT 的柵極驅(qū)動器也會消耗一些功率。應(yīng)該添加此功耗以獲得柵極驅(qū)動功率的最終值。

P DRV = (Q Gate * f IN * ΔV Gate ) + (C GE * f IN * ΔV GATE 2 ) + P driver

這是否涵蓋了優(yōu)化 IGBT 柵極驅(qū)動器所需的知識?你還想學(xué)什么?