【经验】怎么选型和设计IGBT驱动电路的门级开通和关断电阻
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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