【经验】怎么选型和设计IGBT驱动电路的门级开通和关断电阻

时间： 2018-09-13 来源：ISABELLENHUETTE

技术问答

IGBT可靠的开通和关断是变频器稳定运行的核心，IGBT需要专用的驱动芯片进行开通和关断，一般开通电压为+15V，关断电压为-10V，而开通和关断需要消耗功率和电流，开通和关断门级电阻必不可少。因为一些寄生电感和寄生电容的作用，门极回路会产生振荡，另外IGBT的关断速度会影响Vce的电压应力，开通速度会影响续流二极管的电压应力以及IGBT自身的电流应力，这些问题都可以通过调节门极电阻来解决，那怎么选型IGBT驱动电路设计中的门级开通和关断电阻？

为了实现IGBT的通断，需要对IGBT的门极进行充电以达到门极开通电压Vge_on，以及对门极进行放电至门极关断电压Vge_off。通常情况下，IGBT的驱动电路原理如图1所示，IGBT的开通电压为+15V，关断电压为-10V，输入驱动PWM信号通过门级电阻RG进行IGBT的开通和关断。

图1 IGBT的驱动电路原理图

在变频器设计中，牵引逆变器主电路直流母线电压为1500V，选用功率器件IGBT必须满足2倍母线电压以上，因此选用CE电压为3300V/1500A的IGBT，驱动核选用PI公司的2SC0535T2A1-33作为IGBT的驱动使用，电路原理如图2所示。

图2 IGBT的驱动芯片电路

通过IGBT驱动芯片电路可以发现，驱动核通过门级电阻Rgon进行IGBT的开通，通过门级电阻Rgoff进行IGBT的关断，因此必须计算和选型合适的开通和关断门级电阻实现IGBT的开关。如果门级电阻选择过大，但驱动板的驱动电源功率不够，会引起门极驱动信号振荡；如果门级电阻选择过小，会引起IGBT承受短路过流能力下降，引起关断电压尖峰。

接下来详细介绍IGBT的门级开通和关断电阻的计算和选型：

1、IGBT开通和关断电压选择

在IGBT导通时，为了降低其通态损耗，通常会使其工作在深度饱和状态。这要求IGBT的门极驱动电压比实际的阈值电压高出很多，通常我们会选择门极开通电压为+15V，以降低Vce_on。由于IGBT栅极与发射极之间存在高dv/dt 和寄生电容，因而在栅极引脚处会产生一些电压尖峰，该电压尖峰可能触发下桥IGBT 的误导通，在门极驱动施加负压有利于IGBT的可靠关断，通常设置门极关断电压为-10V。

2、IGBT开通和关断电阻选择

至于门极电阻怎样计算，一般是参考IGBT说明书给定的参考值，选择参考值附近的电阻，然后通过计算门级电阻功率否在合理范围内。通过IGBT手册可以得知，推荐使用门级开通电阻Rgon为1Ω，门级关断电阻Rgoff为1.5Ω。考虑实际电路寄生电感，选用系数1.2~1.5倍，因此实际选用进行IGBT的开通电阻Rgon为1.3Ω，门级关断电阻Rgoff为2.5Ω。

图3 IGBT驱动电阻手册

3、IGBT开通和关断电阻功率选择

门极电压在两种电平（+15V和-10V）转换过程中，在门极驱动电阻和功率器件组成的回路中会产生损耗，这就要求相应的驱动功率来满足。选用门级电阻功率时，一般驱动功率最小应大于5W，以免电阻发热，影响寿命和精度。

最后根据IGBT的门级开通和关断电阻的计算，接下来选择厂家和型号。ISABELLENHUETTE总部位于德国， 1889年在全球最早研制出Manganin锰镍铜电阻合金，1987年生产出世界第一片表面贴装毫欧姆检流电阻器，目前是世界先进的精密微阻值电阻制造厂商。因此从ISABELLENHUETTE的功率电阻产品中选用一款适合IGBT驱动用的门级电阻。

图4 ISABELLENHUETTE的功率电阻参数

从ISABELLENHUETTE的产品参数表中可以看出型号有很多，按照IGBT开通和关断电阻的参数要求，选择IGBT开通门级电阻型号为VMS-R005-1.0-U，其中采用4个并联，电阻值达到1.25Ω，功率达到12W；选择IGBT关断门级电阻型号为VMS-R010-1.0-U ，其中采用4个并联，电阻值达到2.5Ω，功率达到12W；完全满足项目中IGBT开通和关断电阻的设计要求。而且此电阻精度1%，电阻并联能够减少寄生电感，增加电路精度，减小了IGBT驱动过程带来的风险。

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全部评论（4）

hozamon Lv6 高级专家 2018-11-08

有BLDC的应用电路
- isaac回复：请参考以下这个文章 https://www.sekorm.com/news/481.html
  查看全部1条回复
Nicholas Lv7. 资深专家 2018-11-06

学习一下，支持
有容乃大 Lv9. 科学家 2018-09-26

学习了，东西不错，支持，力挺。
用户56731903 Lv9. 科学家 2018-09-13

很详细的资料！！！

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型号- RUG-Z-R001-1.0-TK1,RUG-Z-10R0-0.1-TK1,RUG-Z-10R0-0.1-TK3,RUG-Z-R001-0.1-TK3,RUG-Z-R020-0.1-TK3,RUG-Z-R050-0.1-TK1,RUG-Z-R020-0.1-TK1,RUG-Z-R00105-1.0-TK10,RUG-Z-R0105-1.0-TK10,RUG-Z SERIES,RUG-Z-2R00-0.1-TK1,RUG-Z-R0005-0.1-TK3,RUG-Z-R200-0.1-TK1,RUG-Z-R002-0.1-TK1,RUG-Z-R010-0.1-TK3,RUG-Z-R010-0.1-TK1,RUG-Z-R001-0.1-TK1,RUG-Z-R100-0.1-TK1,RUG-Z,RUG-Z-R005-0.1-TK1,RUG-Z-R500-0.1-TK1,RUG-Z-1R00-0.1-TK1,RUG-Z-R005-0.1-TK3

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ISABELLENHUETTE电阻选型表

ISA精密采样合金电阻，产品类别有PLAN、WELD，涵盖0612~8436尺寸，持续功率高达300W，公差高达±10%，满足最高的温度系数(ppm/K)、温差电压、长期稳定性、电感系数和容许负荷要求，符合ROHS标准。

产品型号	品类	产品类别	系列	封装尺寸	Rasistance value(mΩ、Ω)	Tolerance(%)	Rated power(W)	TCR(ppm/K)
A-H1-100R-F1-K2-0.1	精密采样合金电阻	PLAN	A-H1	4618	100Ω	0.1%	3W	±30ppm/K

选型表 - ISABELLENHUETTE 立即选型

RESISTORS FOR AEROSPACE APPLICATIONS

型号- SMS-R020-1.0-PW,SMS-R470-1.0-PW,SMV-R470-1.0-PW,SMP-R470-0.5-PW,SMV-R020-1.0-PW,SMP-R025-1.0-PW,SMP-R027-1.0-PW,SMV-R560-0.5-PW,SMP-R020-1.0-PW,SMP-R470-1.0-PW,SMV-R056-0.5-PW,SMT-R056-0.5-PW,SMS-R560-1.0-PW,SMT-R560-1.0-PW,SMS-R068-1.0-PW,SMV-R015-0.5-PW,SMV-R022-0.5-PW,SMT-R015-0.5-PW,SMT-R068-1.0-PW,SMV-R020-0.5-PW,SMT-R330-0.5-PW,SMT-R022-0.5-PW,SMP-R560-1.0-PW,SMV-R330-0.5-PW,SMS-R180-0.5-PW,SMV-R470-0.5-PW,SMP-R330-0.5-PW,SMV-R120-1.0-PW,SMV-R015-1.0-PW,SMP-R020-0.5-PW,SMT-R020-0.5-PW,SMS-R330-0.5-PW,SMV-R022-1.0-PW,SMV-R330-1.0-PW,SMP,SMT-R470-0.5-PW,SMS,SMS-R015-1.0-PW,SMT-R022-1.0-PW,SMS-R015-0.5-PW,SMT-R015-1.0-PW,SMT,SMS-R330-1.0-PW,SMS-R022-1.0-PW,SMT-R020-1.0-PW,SMV,SMT-R330-1.0-PW,SMT-R470-1.0-PW,SMT-R010-1.0-PW,SMV-R010-1.0-PW,SMS-R010-1.0-PW,SMT-R270-0.5-PW,SMV-R068-0.5-PW,SMP-R018-1.0-PW,SMP-R010-1.0-PW,SMS-R050-1.0-PW,SMT-R050-1.0-PW,SMV-R050-1.0-PW,SMT-R082-0.5-PW,SMT-R180-0.5-PW,SMV-R680-0.5-PW,SMS-R082-0.5-PW,SMV-R100-1.0-PW,SMT-R680-0.5-PW,SMV-R0033-1.0-PW,SMS-R680-0.5-PW,SMS-R100-1.0-PW,SMV-R180-0.5-PW,SMS-R068-0.5-PW,SMT-R060-0.5-PW,SMT-R100-1.0-PW,SMT-2R00-1.0-PW,SMV-R220-1.0-PW,SMV-R047-1.0-PW,SMT-R030-0.5-PW,SMT-R220-1.0-PW,SMV-R027-0.5-PW,SMS-R047-1.0-PW,SMT-R047-1.0-PW,SMP-R056-0.5-PW,SMT-R027-0.5-PW,SMP-R100-1.0-PW,SMS-R220-1.0-PW,SMT-R200-0.5-PW,SMP-R220-1.0-PW,SMP-R047-1.0-PW,SMT-R025-1.0-PW,SMV-R082-0.5-PW,SMV-R150-0.5-PW,SMV-R018-1.0-PW,SMT-R005-0.5-PW,SMP-R027-0.5-PW,SMP-R050-1.0-PW,SMP-R200-0.5-PW,SMS-R150-0.5-PW,SMP-1R00-1.0-PW,SMS-1R00-1.0-PW,SMT-1R00-1.0-PW,SMT-R004-1.0-PW,SMT-R005-1.0-PW,SMS-R040-1.0-PW,SMT-R040-1.0-PW,SMS-R005-1.0-PW,SMV-R039-0.5-PW,SMV-R220-0.5-PW,SMV-R680-1.0-PW,SMT-R220-0.5-PW,SMT-R008-0.5-PW,SMT-R500-0.5-PW,SMP-R390-0.5-PW,SMT-R039-1.0-PW,SMV-R033-0.5-PW,SMT-R680-1.0-PW,SMV-1R00-0.5-PW,SMP-R082-1.0-PW,SMS-R033-0.5-PW,SMS-R680-1.0-PW,SMT-R039-0.5-PW,SMP-R390-1.0-PW,SMV-R039-1.0-PW,SMV-R033-1.0-PW,SMP-1R00-0.5-PW,SMS-R500-1.0-PW,SMP-R039-1.0-PW,SMT-R033-1.0-PW,SMV-1R00-1.0-PW,SMP-R180-1.0-PW,SMP-R500-0.5-PW,SMS-R033-1.0-PW,SMT-1R00-0.5-PW,SMS-1R00-0.5-PW,SMS-R008-0.5-PW,SMP-R033-0.5-PW,SMS-R180-1.0-PW,SMP-R015-1.0-PW,SMT-R180-1.0-PW,SMT-2R00-0.5-PW,SMP-R033-1.0-PW,SMT-R100-0.5-PW,SMP-R010-0.5-PW,SMV-R180-1.0-PW,SMV-R100-0.5-PW,SMP-R330-1.0-PW,SMP-R100-0.5-PW,SMS-R120-1.0-PW,SMT-R120-1.0-PW,SMT-R047-0.5-PW,SMS-R390-1.0-PW,SMS-R100-0.5-PW,SMV-R0039-1.0-PW,SMT-R390-1.0-PW,SMV-R068-1.0-PW,SMV-R047-0.5-PW,SMV-R056-1.0-PW,SMP-R220-0.5-PW,SMT-R050-0.5-PW,SMP-R047-0.5-PW,SMT-R018-0.5-PW,SMS-R050-0.5-PW,SMS-R220-0.5-PW,SMT-R270-1.0-PW,SMP-R050-0.5-PW,SMV-R0068-1.0-PW,SMV-R010-0.5-PW,SMV-R018-0.5-PW,SMV-R200-1.0-PW,SMS-R010-0.5-PW,SMT-R010-0.5-PW,SMP-R056-1.0-PW,SMP-R820-1.0-PW,SMS-R200-1.0-PW,SMV-R270-1.0-PW,SMS-R150-1.0-PW,SMP-R200-1.0-PW,SMT-R150-1.0-PW,SMT-R820-1.0-PW,SMP-R025-0.5-PW,SMS-R030-1.0-PW,SMV-R150-1.0-PW,SMV-R005-1.0-PW

商品及供应商介绍 - ISABELLENHUETTE - 10-2023 PDF 英文下载

【产品】封装尺寸3812，持续负载电流高达32A的精密功率电阻器

德国伊萨（Isabellenhuette）公司推出的BRS-Z-R002/BRS-M-R003/BRS-N-R010/BRS-A-R025高电流精密功率电阻器，采用覆铜陶瓷基板（DBC）技术，通过了汽车电子协会被动元件汽车级品质认证（AEC-Q200）。

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ISABELLENHUETTE 精密电阻&功率电阻选型表

ISA精密电阻和功率电阻，涵盖0612~8436尺寸，持续功率高达250W，恒定电流高达350A，公差高达±5%，满足最高的温度系数(TK)、温差电压、长期稳定性、电感系数和容许负荷要求，符合ROHS标准。

产品型号	品类	Description	Design	Power(W)	Tolerance	TCR(ppm/K)	Resistance(Min.)(Ω)	Resistance(Max.)(Ω)
PLU	混合装配电阻	4-terminal resistor with gold-plated contact surface	2439	5W	5%	50ppm/K	0.001Ω	0.001Ω

选型表 - ISABELLENHUETTE 立即选型

LOW-OHMIC PRECISION AND POWER RESISTORS

型号- BVT,BRS,VLX,CLK,CLP,BVZ,VMK-NA,RUQ-Z,FMX,PBH,RUG-Z,BSN,VMX,CMK,BVX,PBV,VMP-NA,CMP,CMS,AZ-H,GMP,CLX,SMK,SMT-V,SMP,SMS,SMT,A-H,SMV,WAF,WAK,KVM,CMX,VLK,PLU,VLP,SMX,BAC,FMK,FMP,PMH-D,PMH,BAL,FMS,WAX,BAN,BVB,BVE,VMI,BAS,VMK,BVH,BAV,VMP,BAX,BVN,VMS,BVS,BVR

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【应用】ISABELLENHUETTE的合金电阻SMT-R050-1.0在光测试版的应用，功率高达7W

客户在光测试系统中需要的规格参数为大功率电阻选型需求，在70~80摄氏度温度下能够到5W、封装2817、表贴、电阻50mΩ，工作温度-55-105℃，温漂为100PPM 即可，只有ISABELLENHUETTE的合金电阻合适。

应用方案发布时间 : 2022-04-15

【技术】ISA采样电阻的ISA-PLAN®工艺，使得产品具有极低电感与超低热内阻

在ISA-PLAN®技术中，用ISA的电阻合金 (MANGANIN®, ZERANIN®) 薄膜通过蚀刻技术制造精密电阻和功率电阻元件，这些元件以电绝缘的方式装在具有良好导热性能的金属基质上。ISABELLENHUETTE的精密电阻和功率电阻所具有的平面结构和优化的电流密度分布特性，让其可以具有低电感结构形式和极低的热内阻。优化的电流密度分布可避免出现过热点。

新技术发布时间 : 2019-08-27