一、前言

IGBT憑借出色的高電壓大電流特點，在電力電子領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛，作為絕緣柵控制的少子器件，其驅(qū)動電路的設(shè)計關(guān)乎著IGBT能否可靠運行，故驅(qū)動電阻Rg的選型的重要性對于IGBT應(yīng)用來說就至關(guān)重要。

但Rg的選型是一個十分復(fù)雜的工作，簡單來說減小Rg 會讓導(dǎo)通和關(guān)斷時間縮短且開關(guān)損耗也會相應(yīng)的減小，但引發(fā)的門極振蕩和高速的di/dt與dv/dt 可能會對系統(tǒng)帶來負(fù)面的影響。同樣的增加Rg,雖然可以避免上述的一些問題，但除了會增加開關(guān)的延遲外，對系統(tǒng)保護(hù)與IGBT 自身的保護(hù)以及散熱設(shè)計也會產(chǎn)生程度不一的影響。

2、選型分析

因為電路中必然存在雜散電感，所以減小Rg 時必須考慮di/dt 所產(chǎn)生的影響，過高的di/dt 除了會在IGBT 關(guān)斷時產(chǎn)生過大的峰值電壓以致于產(chǎn)存在過壓擊穿的風(fēng)險外，在開通時也容易造成二極管反向恢復(fù)電流過大及IGBT內(nèi)部的閂鎖(latch-up)進(jìn)而導(dǎo)致失效。

同時過高的dv/dt 與di/dt 也會引發(fā)更高的共模與差模噪聲，導(dǎo)致驅(qū)動電路甚至其它器件的誤動作。當(dāng)增大Rg時必須考慮關(guān)斷延時與門極電壓抬升的影響，關(guān)斷時間延長而造成死區(qū)的設(shè)置不足，除了會增大上下管直通的可能性，在IGBT上下管開關(guān)斷的過程中，產(chǎn)生的飄移電流會通過門極電阻，所以會給關(guān)斷狀態(tài)下的IGBT 提供了更高的誤導(dǎo)通的風(fēng)險。

給予足夠的負(fù)壓值作關(guān)斷以防止誤導(dǎo)通是最常見的作法,但是過大的負(fù)壓除了進(jìn)一步增加開通的延遲外，同時也也會加快IGBT 關(guān)斷的速度，增加過壓擊穿的風(fēng)險。

門極電阻也決定了短路承受電流的時間與門極電壓的抬升的高度，過小的Rg 會縮短IGBT 短路電流可以承受的時間，造成保護(hù)不及。但過大的Rg 也會促使短路電流的進(jìn)一步增加，同樣可能會導(dǎo)致IGBT的閂鎖或瞬間過溫進(jìn)而失效。另外Rg 也影響了IGBT 切換的損耗，進(jìn)而會影響模塊穩(wěn)態(tài)操作時內(nèi)部溫度升高降低異常操作的余量。

3、選型建議

設(shè)置柵極電阻時，會涉及到很多實際問題，故此處給出了涉及柵電阻時的注意事項：

a) 柵電阻盡量靠近IGBT減小引線長度； 

b) 驅(qū)動的柵射極引線絞合，并且不要用過粗的線； 

c) 線路板上的 2 根驅(qū)動線的距離盡量靠近并平行差分走線； 

d) 柵極電阻盡量使用無感電阻； 

e) 如果是有感電阻，可以用幾個并聯(lián)以減小電感。

f) 柵極電阻應(yīng)盡量靠近IGBT柵極

設(shè)置柵極電阻時，對其功率建議如下：

P turn on = F × Qg × +Vge + Cies × (?Vge)

P(turn on) = P(turn off )

P(driving) = P(turn on) + P(turn off )

 = F × Qg × +Vge + Cies × ?Vge

選用門極電阻的功率等極必須大于計算總功耗的2 倍以上。

P(turn on)：開通時損耗在Rg 的功耗；

P(turn off)：關(guān)斷時損耗在Rg 的功耗；

P(driving) : 損耗在Rg 的總功耗；

+Vge：正向偏置電源電壓；

-Vge：反向偏置電源電壓；

F：開關(guān)頻率；

Qg：從0V 到+Vge 為止的充電電荷量；

Cies：IGBT 輸入電容；

4、驅(qū)動電阻Rg變化影響特性關(guān)系

在特定驅(qū)動情況下，柵極電阻變化與IGBT參數(shù)特性變化如下表1所示。

表1：柵極電阻與IGBT特征參數(shù)關(guān)系表

5、君芯IGBT單管及模塊Rg選型推薦表

表2：IGBT單管Rg選型推薦表

表3：IGBT模塊Rg選型推薦表

6、總結(jié)：

     柵極電阻Rg的選型是一個關(guān)乎系統(tǒng)穩(wěn)定性的工作，通常是由工程師根據(jù)實際的性能要求調(diào)整而定，但通過君芯的選型建議，可以加快該工作的進(jìn)度，確保客戶能夠較快應(yīng)用君芯產(chǎn)品。