IGBT通用计算方法，IGBT门极驱动是什么意思，工作原理是什么？

igbt工作范围和计算方式： igbt的开关频率不是算出来的，只能是在变频电源生产厂家生产时测试它工作的最高频率，正常时候，我们使用之前都需要先确定让其大概工作在多少频率段，并经过实验调整最终确定其频率的大小。另外要明确：igbt的开关频率就是控制电路的频率。igbt的新技术、新工艺不断有新的突破；应用频率硬开关5khz～40khz，软开关40khz～150khz；功率从五千瓦到几百千瓦！ igbt的开关频率如下表所示：
影响igbt开关频率的因素开关管频率一般看开关器件本身，装置容量和拓扑基本确定了开关器件类型，从而确定了频率。基于减小磁性元件体积和重量考虑，频率当然越高越好，但开关损耗和频率成正比。开关频率决定于很多因素，例如系统性能（动态、稳态、谐波等）的要求、开关器件本身的损耗特性、散热方式（水冷/风冷）、使用环境、负载情况等等，不是一句话或者一个公式可以确定的。我们做产品时，还要考虑一些特殊的要求，比如地区性的认证要求，都可能影响开关频率。
一般来说，igbt开关频率大小的确定需要考虑工作电路噪声大小、igbt的功耗包括开通和关断、温升情况、开关管的电压电流尖峰、驱动波形的干扰情况（主要由于米勒效应引起）等。当关断信号发出时，由于电路中不能避免的电感作用，电流不会立即降为0，需等到堆集在ce两极的载流子渐渐消失，才能彻底关断。电流越大，流过的载流子就越多，堆集的也就越多，自然关断时间就越长。
igbt开关频率与开关损耗的关系 igbt开关频率是跟开关损耗有关，和静态损耗没有关系：
igbt 的损耗简单分为： igbt开关损耗+igbt静态损耗+fwd导通损耗（如有）+fwd恢复损耗（如有）
如果是使用现成的伺服产品，则igbt的开关频率不是可以随便设的，比如 rexroth和lenze的只能在4、8、16khz这3档中选，功率愈大，频率相应的逾低，控制精度要求逾高，频率相应地逾高。
值得一提的是如果是自己设计伺服，则需根据器件的开关速度，封装的热阻和最大耗散能力等指标，以及电流环精度需求，妥善选择。常见的频率有20khz，16khz ，15khz，12khz，10khz，9khz，8khz，6khz，5khz，4.5khz，4khz等较为整装的数值。总之是一个实践性很强的东西。
igbt门极驱动是什么意思，工作原理是什么？绝缘栅双极晶体管 igbt 是第三代电力电子器件，安全工作，它集功率晶体管 gtr 和功率场效应管 mosfet 的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高（10-40 khz）的特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、 ups 及逆变焊机当中。 igbt 的驱动和保护是其应用中的关键技术。在此根据长期使用 igbt 的经验并参考有关文献对 igbt 的门极驱动问题做了一些总结，希望对广大 igbt 应用人员有一定的帮助。
1 igbt 门极驱动要求 1.1 栅极驱动电压因 igbt 栅极 - 发射极阻抗大，故可使用 mosfet 驱动技术进行驱动，但 igbt 的输入电容较 mosfet 大，所以 igbt 的驱动偏压应比 mosfet 驱动所需偏压强。图 1 是一个典型的例子。在 +20 ℃情况下，实测 60 a ， 1200 v 以下的 igbt 开通电压阀值为 5 ～ 6 v ，在实际使用时，为获得最小导通压降，应选取 ugc ≥ （1.5 ～ 3）uge（th），当 uge 增加时，导通时集射电压 uce 将减小，开通损耗随之减小，但在负载短路过程中 uge 增加，集电极电流 ic 也将随之增加，使得 igbt 能承受短路损坏的脉宽变窄，因此 ugc 的选择不应太大，这足以使 igbt 完全饱和，同时也限制了短路电流及其所带来的应力（在具有短路工作过程的设备中，如在电机中使用 igbt 时， +uge 在满足要求的情况下尽量选取最小值，以提高其耐短路能力）。
1.2 对电源的要求对于全桥或半桥电路来说，上下管的驱动电源要相互隔离，由于 igbt 是电压控制器件，所需要的驱动功率很小，主要是对其内部几百至几千皮法的输入电容的充放电，要求能提供较大的瞬时电流，要使 igbt 迅速关断，应尽量减小电源的内阻，并且为防止 igbt 关断时产生的 du/dt 误使 igbt 导通，应加上一个 -5 v 的关栅电压，以确保其完全可靠的关断（过大的反向电压会造成 igbt 栅射反向击穿，一般为 -2 ～ 10 v 之间）。
1.3 对驱动波形的要求从减小损耗角度讲，门极驱动电压脉冲的上升沿和下降沿要尽量陡峭，前沿很陡的门极电压使 igbt 快速开通，达到饱和的时间很短，因此可以降低开通损耗，同理，在 igbt 关断时，陡峭的下降沿可以缩短关断时间，从而减小了关断损耗，发热量降低。但在实际使用中，过快的开通和关断在大电感负载情况下反而是不利的。因为在这种情况下， igbt 过快的开通与关断将在电路中产生频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压 ldi/dt ，并且这种尖峰很难被吸收掉。此电压有可能会造成 igbt 或其他元器件被过压击穿而损坏。所以在选择驱动波形的上升和下降速度时，应根据电路中元件的耐压能力及 du/dt 吸收电路性能综合考虑。
1.4 对驱动功率的要求由于 igbt 的开关过程需要消耗一定的电源功率，最小峰值电流可由下式求出：
i gp = △ u ge /r g +r g ；
式中△ uge=+uge+|uge| ； rg 是 igbt 内部电阻； rg 是栅极电阻。
驱动电源的平均功率为：
p av =c ge △ uge 2 f，
式中． f 为开关频率； cge 为栅极电容。
1.5 栅极电阻为改变控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡，减小 igbt 集电极的电压尖峰，应在 igbt 栅极串上合适的电阻 rg 。当 rg 增大时， igbt 导通时间延长，损耗发热加剧； rg 减小时， di/dt 增高，可能产生误导通，使 igbt 损坏。应根据 igbt 的电流容量和电压额定值以及开关频率来选取 rg 的数值。通常在几欧至几十欧之间（在具体应用中，还应根据实际情况予以适当调整）。另外为防止门极开路或门极损坏时主电路加电损坏 igbt ，建议在栅射间加入一电阻 rge ，阻值为 10 k ω左右。
1.6 栅极布线要求合理的栅极布线对防止潜在震荡，减小噪声干扰，保护 igbt 正常工作有很大帮助。
a ．布线时须将驱动器的输出级和 lgbt 之间的寄生电感减至最低（把驱动回路包围的面积减到最小）；
b ．正确放置栅极驱动板或屏蔽驱动电路，防止功率电路和控制电路之间的耦合；
c ．应使用辅助发射极端子连接驱动电路；
d ．驱动电路输出不能和 igbt 栅极直接相连时，应使用双绞线连接（2 转／ cm）；
e ．栅极保护，箝位元件要尽量靠近栅射极。
1.7 隔离问题由于功率 igbt 在电力电子设备中多用于高压场合，所以驱动电路必须与整个控制电路在电位上完全隔离，主要的途径及其优缺点如表 1 所示。
2 典型的门极驱动电路介绍 2.1 脉冲变压器驱动电路脉冲变压器驱动电路如图 2 所示， v1 ～ v4 组成脉冲变压器一次侧驱动电路，通过控制 v1 、 v4 和 v2 、 v3 的轮流导通，将驱动脉冲加至变压器的一次侧，二次侧通过电阻 r1 与 igbt5 栅极相连， r1 、 r2 防止 igbt5 栅极开路并提供充放电回路， r1 上并联的二极管为加速二极管，用以提高 igbt5 的开关速度，稳压二极管 vs1 、 vs2 的作用是限制加在 igbt5g-e 端的电压，避免过高的栅射电压击穿栅极。栅射电压一般不应超过 20 v 。
图 2 脉冲变压器驱动电路
2.2 光耦隔离驱动电路光耦隔离驱动电路如图 3 所示。由于 igbt 是高速器件，所选用的光耦必须是小延时的高速型光耦，由 pwm 控制器输出的方波信号加在三极管 v1 的基极， v1 驱动光耦将脉冲传递至整形放大电路 ic1 ，经 ic1 放大后驱动由 v2 、 v3 组成的对管（v2 、 v3 应选择β 》100 的开关管）。对管的输出经电阻 r1 驱动 igbt4 ， r3 为栅射结保护电阻， r2 与稳压管 vs1 构成负偏压产生电路， vs1 通常选用 1 w/5.1 v 的稳压管。此电路的特点是只用 1 组供电就能输出正负驱动脉冲，使电路比较简洁。
图 3 光耦隔离驱动电路
2.3 驱动模块构成的驱动电路应用成品驱动模块电路来驱动 igbt ，可以大大提高设备的可靠性，目前市场上可以买到的驱动模块主要有：富士的 exb840、841，三菱的 m57962l，落木源的ka101、ka102，惠普的 hcpl316j、3120 等。这类模块均具备过流软关断、高速光耦隔离、欠压锁定、故障信号输出功能。由于这类模块具有保护功能完善、免调试、可靠性高的优点，所以应用这类模块驱动 igbt 可以缩短产品开发周期，提高产品可靠性。。典型电路如图 4 所示。
图 4 由驱动模块构成的驱动电路
hcpl316j 可以驱动 150 a/1200 v 的 igbt ，光耦隔离， coms/ttl 电平兼容，过流软关断，最大开关速度 500 ns ，工作电压 15 ～ 30 v ，欠压保护。输出部分为三重复合达林顿管，集电极开路输出。采用标准 sol-16 表面贴装。
hcpl316j 输入、输出部分各自排列在集成电路的两边，由 pwm 电路产生的控制信号加在 316j 的第 1 脚，输入部分需要 1 个 5 v 电源， reset 脚低电平有效，故障信号输出由第 6 脚送至 pwm 的关闭端，在发生过流情况时及时关闭 pwm 输出。输出部分采用 +15 v 和 -5 v 双电源供电，用于产生正负脉冲输出， 14 脚为过流检测端，通过二极管 vddesat 检测 igbt 集电极电压，在 igbt 导通时，如果集电极电压超过 7 v ，则认为是发生了过流现象， hcpl316j 慢速关断 igbt ，同时由第 6 脚送出过流信号。
3 结语通过对 igbt 门极驱动特点的分析及典型应用电路的介绍，使大家对 igbt 的应用有一定的了解。可作为设计 igbt 驱动电路的参考。