1、前言
IGBT凭借出色的高电压大电流特点，在电力电子领域中应用越来越广泛，作为绝缘栅控制的少子器件，其驱动电路的设计关乎着IGBT能否可靠运行，故驱动电阻Rg的选型的重要性对于IGBT应用来说就至关重要。
但Rg的选型是一个十分复杂的工作，简单来说减小Rg 会让导通和关断时间缩短且开关损耗也会相应的减小，但引发的门极振荡和高速的di/dt与dv/dt 可能会对系统带来负面的影响。同样的增加Rg,虽然可以避免上述的一些问题，但除了会增加开关的延迟外，对系统保护与IGBT 自身的保护以及散热设计也会产生程度不一的影响。
2、选型分析
因为电路中必然存在杂散电感，所以减小Rg 时必须考虑di/dt 所产生的影响，过高的di/dt 除了会在IGBT 关断时产生过大的峰值电压以致于产存在过压击穿的风险外，在开通时也容易造成二极管反向恢复电流过大及IGBT内部的闩锁(latch-up)进而导致失效。
同时过高的dv/dt 与di/dt 也会引发更高的共模与差模噪声，导致驱动电路甚至其它器件的误动作。当增大Rg时必须考虑关断延时与门极电压抬升的影响，关断时间延长而造成死区的设置不足，除了会增大上下管直通的可能性，在IGBT上下管开关断的过程中，产生的飘移电流会通过门极电阻，所以会给关断状态下的IGBT 提供了更高的误导通的风险。
给予足够的负压值作关断以防止误导通是最常见的作法,但是过大的负压除了进一步增加开通的延迟外，同时也也会加快IGBT 关断的速度，增加过压击穿的风险。
门极电阻也决定了短路承受电流的时间与门极电压的抬升的高度，过小的Rg 会缩短IGBT 短路电流可以承受的时间，造成保护不及。但过大的Rg 也会促使短路电流的进一步增加，同样可能会导致IGBT的闩锁或瞬间过温进而失效。另外Rg 也影响了IGBT 切换的损耗，进而会影响模块稳态操作时内部温度升高降低异常操作的余量。
3、选型建议
设置栅极电阻时，会涉及到很多实际问题，故此处给出了涉及栅电阻时的注意事项：
a) 栅电阻尽量靠近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并平行差分走线；
d) 栅极电阻尽量使用无感电阻；
e) 如果是有感电阻，可以用几个并联以减小电感。
f) 栅极电阻应尽量靠近IGBT栅极
设置栅极电阻时，对其功率建议如下：
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
选用门极电阻的功率等极必须大于计算总功耗的2 倍以上。
P(turn on)：开通时损耗在Rg 的功耗；
P(turn off)：关断时损耗在Rg 的功耗；
P(driving) : 损耗在Rg 的总功耗；
+Vge：正向偏置电源电压；
-Vge：反向偏置电源电压；
F：开关频率；
Qg：从0V 到+Vge 为止的充电电荷量；
Cies：IGBT 输入电容；
4、驱动电阻Rg变化影响特性关系
在特定驱动情况下，栅极电阻变化与IGBT参数特性变化如下表1所示。
表1：栅极电阻与IGBT特征参数关系表
|
IGBT特征参数 |
门极电阻增大 |
门极电阻减小 |
|
Ton |
增大 |
减小 |
|
Toff |
增大 |
减小 |
|
Td(on) |
增大 |
减小 |
|
Td(off) |
增大 |
减小 |
|
Eon |
增大 |
减小 |
|
Eoff |
增大 |
减小 |
|
Vce(spike) |
减小 |
增大 |
|
开通浪涌电流 |
减小 |
增大 |
|
关断浪涌电压 |
减小 |
增大 |
|
导通峰值电流 |
减小 |
增大 |
|
二极管关断尖峰电流 |
减小 |
增大 |
|
dv/dt |
减小 |
增大 |
|
di/dt |
减小 |
增大 |
|
EMI |
减小 |
增大 |
|
EMS |
减小 |
增大 |
5、君芯IGBT单管及模块Rg选型推荐表
表2：IGBT单管Rg选型推荐表
|
型号 |
初始阻值 |
电阻功率要求 |
di/dt |
适用领域 |
|
KWBW15N120S1E1 |
20 ohm |
>=0.25W |
<=3000A/us |
IH |
|
KWBW25N120S1E1 |
10 ohm |
>=0.25W |
<=6000A/us |
逆变焊机 |
|
KWBW15N120S2E1 KWBW15N120S3E1 |
20 ohm |
>=0.25W |
<=6000A/us |
逆变焊机 |
|
KWBW25N120S2E1 KWBW25N120S3E1 |
20 ohm |
>=0.25W |
<=6000A/us |
逆变焊机 |
|
KWBW40N65S2E1 |
15 ohm |
>=0.25W |
<=7000A/us |
逆变焊机 |
|
KWBW40N120S1E6 KWBL40N120S1E6 KWBW40N120S2E1 |
15 ohm |
>=0.25W |
<=7000A/us |
逆变焊机 |
|
KWBW40N120S3E1 |
15 ohm |
>=0.25W |
<=7000A/us |
变频 |
|
备注： 驱动电压：±15V |
||||
表3：IGBT模块Rg选型推荐表
|
型号 |
初始阻值 |
电阻功率要求 |
di/dt |
适用领域 |
|
KWRFF40R12SWM |
Ron=15 ohm Roff=5.1 ohm |
>=0.25W |
<=7000A/us |
逆变焊机 |
|
KWRFF75R12SWM |
Ron=15 ohm Roff=5.1ohm |
>=0.25W |
<=8000A/us |
逆变焊机 |
|
KWFFP15R12NS3 |
86 |
>=0.25W |
<=6000A/us |
变频 |
|
KWMFP25R12NS3 KWMFP25R12NS3_B |
56 |
>=0.25W |
<=6000A/us |
变频 |
|
KWMFP40R12NS3 KWMFP40R12NS3_B |
36 |
>=0.5W |
<=6000A/us |
变频 |
|
备注： 驱动电压：±15V |
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6、总结：
栅极电阻Rg的选型是一个关乎系统稳定性的工作，通常是由工程师根据实际的性能要求调整而定，但通过君芯的选型建议，可以加快该工作的进度，确保客户能够较快应用君芯产品。
