IGBT的栅极驱动设计
前面我们也聊到过igbt的栅极驱动设计，虽然今天聊的可能有些重复，但是感觉人到中年，最讨厌的就是记忆力不够用，就当回顾和加重记忆吧。
栅极驱动的优劣和功能的强大与否对igbt本身的工作性能和可靠性有着直接的关系，只有匹配才能充分发挥igbt该有的性能。栅极驱动提供的驱动脉冲幅度以及波形关系到igbt的饱和压降，开通和关断时瞬间集电极电压，电流的上升和下降速率等因素，直接影响到igbt的损耗和发热，也就是间接地影响到整个系统的性能和可靠性。
驱动条件和主要运行特性的关系
由于igbt的饱和压降、开通和关断瞬间的集电极电压，电流上升和下降速率等主要运行特性是随着igbt的驱动条件：栅极正/负电压和栅极驱动电阻等而变化的，所以，合理地选择igbt的驱动条件显得尤为重要。
具体关系如下：
01栅极正电压
关于+vge的设计需要考虑以下几点：
①+vge需要控制在igbt栅极所允许的最大额定电压(一般为+20v)范围内;
②+vge的推荐值一般为+15v，此时igbt可以饱和导通，并且损耗较小。如果小于+12v，则通态损耗将增大;如果大于+20v，则容易过流;
③+vge的设定值还需要考虑栅极驱动电路中器件允许工作电压范围内;
④电源电压的波动推荐再±10%内;
⑤igbt饱和导通期间c-e之间的电压vce(sat)随+vge变化，+vge越大，vce(sat)越小;
⑥+vge越大，开通时间和开通损耗越小;
⑦+vge越大，使开通时di/dt越大，增加了续流二极管fwd反向恢复时的浪涌电压;
⑧因fwd反向恢复时的dv/dt会使igbt误导通，形成脉冲式的集电极电流，造成损耗增加，发热加重;
⑨通常+vge越大，igbt短路电流也越大;
⑩+vge越大，igbt短路耐受能力越小。
02栅极正电压
关于-vge的设计需要考虑以下几点：
①-vge需要控制在igbt栅极所允许的最大额定电压(一般为-20v)范围内;
②-vge的推荐值为-5v~-15v;
③-vge的设定值也必须在驱动电路器件的允许电压范围之内;
④电源电压波动在±10%范围内;
⑤-vge越大，管段时间和关断损耗越小;
⑥-vge的设计可使igbt在噪声情况下有效关断，同时避免了dv/dt造成的米勒效应误导通。
03栅极驱动电阻
在设计中，rg的取值对igbt的动态运行特性有着重要影响。首先，rg越大，控制脉冲的前、后沿陡度越小，开关时间和开关损耗越大。其次，rg越大，相反浪涌电压会越小，米勒效应导致的误导通不易出现。
igbt栅极电荷和驱动电流
igbt本身具有mos栅器件的结构，在开通和关断时必须具有一定的栅极充放电电流，也就是栅极驱动电流。而栅极电荷qg直接影响到驱动电流的大小，因此，可以通过栅极充电电荷量特性(如下图)来计算栅极驱动电流。驱动原理框图如下，脉冲输入以及电压、电流波形也见下图，电流波形所表示的面积应和充放电电荷量相等。
栅极充电电荷量曲线
驱动电路原理框图
脉冲输入及电压、电流波形
驱动电流的峰值计算如下：
igp=(+vge-(-vge))/rg
在栅极充电电荷量曲线中，vge从0开始上升的斜率基本与igbt输入电容cies等效，而负电压部分可作为延长考虑。因此，驱动电流的平均值ig计算如下：
+ig=-ig=fc*(qg+cies*|-vge|)
其中，fc为载流子频率。
可以根据上面的情况结合实验情况来选取合适的驱动电阻rg。
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具体关系如下：
01栅极正电压
关于+vge的设计需要考虑以下几点：
①+vge需要控制在igbt栅极所允许的最大额定电压(一般为+20v)范围内;
②+vge的推荐值一般为+15v，此时igbt可以饱和导通，并且损耗较小。如果小于+12v，则通态损耗将增大;如果大于+20v，则容易过流;
③+vge的设定值还需要考虑栅极驱动电路中器件允许工作电压范围内;
④电源电压的波动推荐再±10%内;
⑤igbt饱和导通期间c-e之间的电压vce(sat)随+vge变化，+vge越大，vce(sat)越小;
⑥+vge越大，开通时间和开通损耗越小;
⑦+vge越大，使开通时di/dt越大，增加了续流二极管fwd反向恢复时的浪涌电压;
⑧因fwd反向恢复时的dv/dt会使igbt误导通，形成脉冲式的集电极电流，造成损耗增加，发热加重;
⑨通常+vge越大，igbt短路电流也越大;
⑩+vge越大，igbt短路耐受能力越小。
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①-vge需要控制在igbt栅极所允许的最大额定电压(一般为-20v)范围内;
②-vge的推荐值为-5v~-15v;
③-vge的设定值也必须在驱动电路器件的允许电压范围之内;
④电源电压波动在±10%范围内;
⑤-vge越大，管段时间和关断损耗越小;
⑥-vge的设计可使igbt在噪声情况下有效关断，同时避免了dv/dt造成的米勒效应误导通。
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栅极充电电荷量曲线
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+ig=-ig=fc*(qg+cies*|-vge|)
其中，fc为载流子频率。
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