IGBT驱动栅极电阻如何确定

IGBT驱动器中栅极电阻Rg的作用及选取方法

一、栅极电阻Rg的作用
1、消除栅极振荡
　　绝缘栅器件(IGBT、MOSFET)的栅射（或栅源）极之间是容性结构，栅极回路的寄生电感又是不可避免的，如果没有栅极电阻，那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡，因此必须串联一个电阻加以迅速衰减。
2、转移驱动器的功率损耗
　　电容电感都是无功元件，如果没有栅极电阻，驱动功率就将绝大部分消耗在驱动器内部的输出管上，使其温度上升很多。
3、调节功率开关器件的通断速度
　　栅极电阻小，开关器件通断快，开关损耗小；反之则慢，同时开关损耗大。但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高，从而产生较大的干扰，严重的将使整个装置无法工作，因此必须统筹兼顾。

二、栅极电阻的选取
1、栅极电阻阻值的确定
　　各种不同的考虑下，栅极电阻的选取会有很大的差异。初试可如下选取：

IGBT额定电流(A)
50
100
200
300
600
800
1000
1500

Rg阻值范围(Ω)
10~20
5.6~10
3.9~7.5
3~5.6
1.6~3
1.3~2.2
1~2
0.8~1.5

不同品牌的IGBT模块可能有各自的特定要求，可在其参数手册的推荐值附近调试。

2、栅极电阻功率的确定
　　栅极电阻的功率由IGBT栅极驱动的功率决定，一般来说栅极电阻的总功率应至少是栅极驱动功率的2倍。

IGBT栅极驱动功率 P＝FUQ，其中：
F 为工作频率；
U 为驱动输出电压的峰峰值；
Q 为栅极电荷，可参考IGBT模块参数手册。
例如，常见IGBT驱动器(如TX-KA101)输出正电压15V，负电压-9V，则U=24V，
假设 F=10KHz，Q=2.8uC
可计算出 P=0.67w ，栅极电阻应选取2W电阻，或2个1W电阻并联。

三、设置栅极电阻的其他注意事项
1、尽量减小栅极回路的电感阻抗，具体的措施有：
a) 驱动器靠近IGBT减小引线长度；
b) 驱动的栅射极引线绞合，并且不要用过粗的线；
c) 线路板上的 2 根驱动线的距离尽量靠近；
d) 栅极电阻使用无感电阻；
e) 如果是有感电阻，可以用几个并联以减小电感。

2、IGBT 开通和关断选取不同的栅极电阻
　　通常为达到更好的驱动效果，IGBT开通和关断可以采取不同的驱动速度，分别选取 Rgon和Rgoff（也称 Rg+ 和 Rg- ）往往是很必要的。
　　IGBT驱动器有些是开通和关断分别输出控制，如落木源TX-KA101、TX-KA102等，只要分别接上Rgon和Rgoff就可以了。
　　有些驱动器只有一个输出端，如落木源TX-K841L、TX-KA962F，这就要在原来的Rg 上再并联一个电阻和二极管的串联网络，用以调节2个方向的驱动速度。
3、在IGBT的栅射极间接上Rge＝10－100K 电阻，防止在未接驱动引线的情况下，偶然加主电高压，通过米勒电容烧毁IGBT。落木源驱动板常见型号上(如：TX-DA962Dx、TX-DA102Dx)已经有Rge了，但考虑到上述因素，用户最好再在IGBT的栅射极或MOSFET栅源间加装Rge。

一般栅极电阻是调试出来的。初始值可以直接设置IGBT的PDF里测试开关时间选的栅极电阻。这个值一般都能够正常工作。如果要优化一般也不必超出这个值的一半到两倍。当栅极电阻增加时开关时间和开关损耗会明显增加，但是关断的电压尖峰会减小。当栅极电阻减小时开关速度加快，开关损耗减小，但是关断电压尖峰会增加。另外当大功率IGBT栅极电阻减小到1Ω以下时还会出现明显的栅极震荡，容易损坏IGBT栅极。因此在高频应用中在处理好IGBT电压过冲下应当适当的减小栅极电阻。在低频应用中可以适当的增加栅极电阻。为了提高导通时间并降低关断尖峰电压可以用电阻串联二极管再并联电阻的方式将导通的栅极电阻设置的比较小而把关断的栅极电阻设置的比较大。另外注意驱动的最大峰值电流一般只有栅极压差除以栅极电阻再除以2左右，栅级电阻选大了浪费驱动的驱动能力。最小也能够小于驱动器允许的最小栅极电阻，会损坏驱动器。驱动功率都会靠栅极电阻发热消耗，因此栅极电阻的功率至少要满足散热要求。考虑到米勒效应，一般驱动一次的能量相当于栅极电容变化一个栅极电压差变化的能量的两倍，再乘以驱动频率两倍就是驱动功率了。注意一个驱动周期有两次驱动能量消耗。实际当栅极电阻很小时由于驱动器的驱动内阻和驱动引线上的压降，栅极电阻的损耗功率小于驱动功率，计算出来的栅极电阻可以不用留裕量直接使用。