2024年6月10日发(作者：)

AN-1001

应用指南

IGBT以及MOSFET的驱动参数的计算方法

简介

本应用指南介绍了在特定应用条件下门极驱动性能参数的计算方法。通过本应用手册得出的一些参数值可以作为

选择一款合适驱动器的基本依据。

CONCEPT产品的数据手册中所给出的参数在实际应用中是可以直接使用的。驱动器内部功率损耗以及其他内部

参数不必进一步降额或者修正。

对于快速预览，公式1，4及5是最重要的。

所需驱动功率

驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通

电压V

GE_on

，或者是对门极进行放电至门极关断电压V

GE_off

。

门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。这个参

数我们称为驱动功率P

DRV

。驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。

驱动功率可以从门极电荷量Q

Gate

，开关频率f

IN

，以及驱动器实际输出电压摆幅∆V

Gate

计算得出：

P

DRV

=Q

Gate

⋅f

IN

⋅∆V

Gate

(Eq. 1)

如果门极回路放置了一个电容C

GE

(辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1所示：

+

+15V

R

G

R

GE

-10V

C

GE

AC

-

图1.带外接阻容的门级驱动

只要C

GE

在一个周期内被完全的充放电，那么R

GE

值并不影响所需驱动功率。驱动功率可以从以下公式得出：

P

DRV

=Q

Gate

⋅f

IN

⋅∆V

Gate

+C

GE

⋅f

IN

⋅∆V

Gate

2

(Eq. 2)

以上公式是在门极驱动电流不发生谐振的条件下得出的。只要这个开关过程是IGBT门极从完全打开到完全关断

或者反过来，则驱动功率并不依赖于门极电阻及占空比的变化而变化。接下来我们来看如何确定门极电荷量

Q

Gate

。

Page 1

AN-1001

应用指南

门极电荷量

Q

Gate

绝不能从IGBT或MOSFET的输入电容C

ies

计算得出。C

ies

仅仅是门极电荷量曲线在原点(V

GE

=0V)时的一阶

近似值。功率半导体的门极电荷量曲线是极其非线性的。这就是为什么Q

Gate

必须通过对门极电荷量曲线在

V

GE_off

到V

GE_on

的区域内积分获得。

如果Q

Gate

在数据手册中已给出，在实际应用中一定要注意该参数给定的电压摆幅条件。不同的电压摆幅条件下

门极电荷量是不同的。举个例子：如果V

GE

从 0V 到 +15V条件下的门极电荷量是Q

Gate

，那么没有办法很准确的

得到V

GE

从-10V到+15V条件下的门极电荷量。

在这样的情况下，如果没有电荷量图表(Q

Gate

vs. V

GE

)，则实测电荷量Q

Gate

是唯一的方法。图2显示的是一张典

型的驱动器开通过程的波形图。驱动器输出电流I

OUT

正在对功率器件的门极进行充电。因此，如图2所示，输

出电流曲线与时间轴围成的区域就是总的充电电荷量(见图4所示的原理图)。积分时间应宽到足以涵盖整个电压

摆幅(参照输出：GH， GL) 。积分时间包括驱动器输出电压至最终电压，或者是从驱动器开始输出电流至输出电

流为零这段时间。

Q

Gate

=

∫

I

OUT

dt

IN

(Eq. 3)

I

OUT

GH (output high)

GL (output low)

gate charge: 11.4uC

integration time

图2.用积分的方法来测量门极电荷量

必须注意输出电流是否出现振荡。在实际应用中，电荷量的测量值通常受电流振荡影响而变得不准确，其原因是

过长的积分时间以及少量大数叠加而非大量小数叠加产生的不准确性。因此，强烈建议使用驱动电流无振荡的设

置来对门极电荷量进行测量。

驱动器输出电流振荡或可导致驱动器单元产生额外的功率损耗，这些损耗是由于钳位效应及输出级和控制回路的

非线性产生的。因此，驱动器最大可用功率通常是在输出电流不发生振荡的情况下得出的。

谐振门极驱动可以利用高频开关下的振荡现象来获得某种好处。但这种驱动方法不在本应用指南讨论范围内。

Page 2 INTELLIGENT POWER ELECTRONICS