我们的 IGBT 栅极驱动器电源是否经过优化？- 第2部分

在本系列的第 1 部分中，我们讨论了如何正确选择 IGBT 的控制电压。这一次，您将了解有关隔离要求以及如何计算正确的IGBT 驱动功率的更多信息。

IGBT驱动电路的设计包括上下桥绝缘水平的选择、驱动电压水平的确定、驱动芯片驱动功率的确定、短路保护电路等等。今天我们重点讨论一下驱动电流以及功率的确定，也就是说如何确定一个驱动芯片电流能力是不是可以驱动一个特定型号的IGBT，如果不能驱动该如何增强驱动输出能力。

对于任何工业电机驱动，必须确保输入电路(低压)和输出电路(高压)的电位分离。低压侧与控制电子设备接口，而高压侧连接到 IGBT。隔离是必要的，因为上部 IGBT 的发射极电位在直流母线的 DC+ 和 DC- 电位之间切换，其范围可以在数百或数千伏之间。根据应用，必须遵守相应的电气间隙和爬电距离标准以及符合测试电压。观察到的一些典型标准是：IEC60664-1、IEC60664-3、IEC61800-5-1 和 EN50124-1。

在最简单的情况下，仅将半桥的上部 IGBT 与下部 IGBT 分开可能就足够了。如果微控制器也参考直流电势，这通常是可能的。根据应用，建议或要求随后分离与用户界面的互连。这主要是为了对噪声和共模接地效应进行基本隔离。在大功率应用中，每个 IGBT 都进行隔离，每个驱动器都有自己的电源。

如果驱动芯片的输出电流不能驱动特定IGBT的话，比较简单的方法是采用推挽电路进一步增强驱动芯片的峰值电流输出能力。采用三极管放大是一种常用的方式，其计算步骤如下：

(1)根据选择的驱动电压水平以及门极电阻计算得到需求的最大峰值电流Ipeak

(2)选择合适耐压的PNP/NPN三极管组成推挽电路

(3)查所选择的三极管数据手册中的电流传输系数hFE，计算得到三极管的基极电流

(4)计算驱动芯片输出极的输出电阻

现在，让我们学习如何计算 IGBT 需要多少栅极驱动功率。在驱动 IGBT 时，两个栅极电压电平之间的转换需要在栅极驱动器、栅极电阻器和 IGBT 之间的环路中消耗一定量的功率。这个数字通常称为“驱动功率 - P DRV”。” 该驱动功率由栅极电荷 Q Gate、开关频率 f IN和实际驱动器输出电压摆幅 ΔV Gate计算得出：

P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate

如果存在外部电容器 C GE(辅助栅极电容器)，则栅极驱动器还需要对该电容器进行充电和放电。

只要 C GE在一个周期内完全充电和放电，R GE的值就不会影响所需的驱动功率。所需的驱动功率变为：

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

应该注意的是，只要开关转换从完全开启到完全关闭再返回，驱动功率不取决于栅极电阻的值或占空比。此外，这些等式在非谐振栅极驱动中也是正确的。这是 IGBT 所需的总驱动功率，但驱动 IGBT 的栅极驱动器也会消耗一些功率。应该添加此功耗以获得栅极驱动功率的最终值。

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

这是否涵盖了优化 IGBT 栅极驱动器所需的知识?你还想学什么?