IGBT驱动优化的底层逻辑是什么

——驱动优化的底层逻辑是什么?

引

哎呀好久不见，最近又在调驱动

特地赶来分享一下心得

IGBT的驱动是个很有意思的事情

调试的时候总是在权衡、取舍

调来调去也离不开它的底层逻辑，也就是原理

咱就根据这个底层逻辑

捋一捋具体的实现方法

走着

驱动优化的目的

这一点非常重要，不明白优化目标，乱改一通，非常没有目的性;

看一看，作为一个电流的开关，咱要追求它的什么特性，简单罗列一下，有哪些

举个例子，假如你就是想要抑制关断电压尖峰，那除了优化杂散电感外，就从关断di/dt上下手，至于怎么控制di/dt，别急，后边很详细

优化之后，再回过头来看有没有影响其它关键性能，或者其它关键性能可做多少取舍，如牺牲多少开关损耗之类。这样，调节的方向就很明确，鸡腿也越来越近

说白了，无论你准求什么目标，其实都是在控制di/dt和dv/dt

驱动的底层逻辑

这部分非常朴实无华且枯燥

但是看懂了，理解后边的方法会非常容易

首先，作为场控器件，IGBT的驱动是输入电容充放电的过程

也就是给CgeCgc充放电

简单铺垫一下：

Cge和Coxd为氧化层电容，与栅极电压和集电极电压无关;

Cdep和Cce是IGBT开关暂态耗尽层空间电荷作用的结果，因此与Vce密切相关

Cgc=Cdep+Coxd又叫米勒电容

关键来了，以开通过程为例：

t0-t1：开通延迟，驱动电流Ig，不断给Cge充电，由于Vce还没有下降，米勒电容的大小取决于Cdep(电容串联，容值取决于小的哪个，类似于电阻并联，Cdep的大小随Vce增大而减小)Cdep相对于Cge非常小，因此主要给Vge充电

t1-t2：Vge达到Vgeth，电流上升，由于di/dt和杂散电感的影响，Vce会有一个缺口;门极主要还是给Cge充电，道理同上，t2时刻由于反向恢复电流的峰值，Vge会出现一个小尖峰Vge pk

gm是IGBT的跨导

t2-t3：米勒平台,二极管结束反向恢复，开始承受反向压降，IGBT的Vce迅速下降，此时Cdep变大，米勒电容变大，相对于Cge量级相当，于是开始给米勒电容充电，Vge不再上升，形成米勒平台

t3-t4：继续给Cge//Cgc充电，直至达到驱动电路的正偏置电压VCC，门极驱动电流呈指数衰减

总结：把过程分为四个部分，优化哪部分的参数，看该部分的特性就行

(又来举例子，你要优化开通di/dt，那就瞄准t1-t2阶段，这段Vge受啥影响，驱动电流和Cge,逻辑就是这么简单)

优化方法

说完原理就是实操了

这就是内功心法不变，招式千变万化，注意看，说不定你未来的专利就在这里头

如何控制di/dt和dv/dt?

控制di/dt、dv/dt——>控制Vge波形

Vge的影响因素有几个呢?列出来：

偏置电压VCC、驱动电阻R、二者决定驱动电流

栅极射极电容Cge和米勒电容Cgc

于是，改来改去无外乎更改上述几个参数，而且是变着花样改

总的来说，分为开环和闭环两种方式：

开环：(改电阻、改输入电容、分级驱动、高频方波驱动)

闭环：(闭环di/dt、dv/dt控制，有源嵌位、参考波形给定)

1d改电阻

工程上最直观最常用、通常理解增大关断电阻，可减小di/dt，因此降低关断电压尖峰，但增加关断损耗。

最新的沟槽栅场终止型IGBT，关断电压尖峰并非与驱动电阻成单纯线性关系，反而在比较小的范围内，电压尖峰随着驱动电阻的增大而增大

调试的朋友遇到这种诡异的问题不要奇怪啦

2改电容

增加Cge降低di/dt，增加Cgc降低dv/dt，简单而直观，易实现

缺点：增加开关损耗，增大米勒电容增加直通风险

3分级驱动

把关断分为不同阶段，每个阶段采用不同的

电阻、电流、电压

类似于下边这种，可变驱动电阻阵列，实现不同阶段可变驱动电阻：

或者这种，分阶段采用不同的驱动电流或驱动电压

(t0-t1驱动电流大点，减小开通延迟，t1-t2小点，增大di/dt，t2之后大点，缩短米勒平台)

目前车规级驱动芯片普遍使用的两级关断也是这个思想

优点：电路相对简单

缺点：控制离散化，不能精准控制

4高频方波

由于开关损耗较大，汽车应用见不到，感兴趣的同学查阅论文

5参考波形给定

第一类：给定Vge，使用前馈或者反馈的方式控制Vge的轨迹，类似于下图

第二类：给定Vce，类似于下图

第三类：给定di/dt、dv/dt

看起来是不是很厉害，但是电路很复杂，时滞高，工程上的应用其实并不多

上图这么复杂是为了实现关断过程的分段控制，下图虚线前后分开，前边控制di/dt，后边控制dv/dt

于是，这种方法的特点就是

优点：参考波形简单

缺点：电路复杂

6有源嵌位法

相必大家非常熟悉，最常用，本质上是负反馈，Vce过压击穿TVS，使Vge拉升延缓关断速度

优点：电路简单，响应迅速，应用广泛

缺点：TVS频繁动作会发热，影响寿命;TVS耐压限制IGBT阻断电压

因此，该方法应用时，尽量让它短时间工作

7关断尖峰吸收电路

工业上应用很多，吸收电路本身的散热和占用的空间是个问题，它的原理也很简单，百度可得

结

这部分的内容在整理的过程中，颇有感悟

调驱动的过程中，面临着各种取舍和权衡

像人生一样，一直在取舍

追求优化

鱼和熊掌怎么兼得呢

那只能提升硬实力

用更先进的芯片

训练更高效的大脑

——完——

原文标题：盘点IGBT驱动优化方法!!

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审核编辑：汤梓红