柵極電阻RG對IGBT開關特性的性能影響分析

　　5 柵極電阻的計算

　　對于低開關損耗，無IGBT模塊振蕩，低二極管反向恢復峰值電流和最大dv/dt限制，柵極電阻必須體現出最佳的開關特性。通常在應用中，額定電流大的IGBT模塊將采用較小的柵極電阻驅動;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數據手冊中所給的電阻值必須為每個設計而優化。IGBT數據手冊指定了柵極電阻值。然而，最優的柵極電阻值一般介于數據手冊所列值和其兩倍之間。IGBT數據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斷。在實際中，由于測試電路和各個應用參數的差異，IGBT數據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(即兩倍的數據表值)可被作為優化的起點，以相應地減少柵級電阻值。確定最優值的唯一途徑是測試和衡量最終系統，使應用中的寄生電感最小很重要。這對于保持IGBT的關斷過電壓在數據手冊的指定范圍內是必要的，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通和關斷時間，以及開關損耗。柵極峰值電流的最大值和柵極電阻的最小值分別由驅動器輸出級的性能決定。

　　6 設計、布局和疑難解答

　　為了能夠經受住應用中出現的大負載，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載，建議使用電阻并聯的形式。這將產生一個冗余，如果一個柵極電阻損壞，系統可臨時運行，但開關損耗較大。選擇錯誤的柵極電阻，可能會導致問題和不希望的結果。所選的柵極電阻值太大，將導致損耗過大，應減小柵極電阻值。過高的柵極電阻值可能會導致IGBT在開關期間長時間運行在線性模式下，最終導致柵極振蕩。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，但也可能會導致EMI噪聲。

　　應用(直流環節)中的電感過大或者使用的柵極電阻小，將導致更大的di/dt，從而產生過大的IGBT電壓尖峰。因此，應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，可使用軟關斷電路，它可以更緩慢地關斷IGBT。柵極電阻和IGBT模塊之間的距離應盡可能短。如果柵極電阻和IGBT模塊之間的連線過長，將會在柵極-發射極的通道上產生較大的電感。結合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。