栅*电荷体现IGBT的特性
IGBT模块的开关特性主要取决于半导体电容（电荷）及内部和外部的电阻。图1是IGBT电容的示意图，其中CGE是栅*-发射*电容、CCE是集电*-发射*电容、CGC是栅*-集电*电容（或称为米勒电容）。栅*电荷的特性由输入电容CGC和CGE来表示，它是计算IGBT驱动器电路所需输出功率的关键参数。该电容几乎不受温度影响，但与电压关系密切，是IGBT集电*-发射*电压VCE 的函数。当在集电*-发射*电压非常低时这种依赖性大幅提高，电压高时依赖性下降。当IGBT导通时，IGBT的特性由栅*电荷来体现。图2显示了栅*-发射*电压VGE、栅*电流IG和相应的集电*电流IC作为时间的函数，从IGBT导通到饱和这段时间的简化波形。正如IG=f(t)图所示，导通过程可以分为三个阶段。分别是栅*-发射*电容的充电，栅*-集电*电容的充电和栅*-发射*电容的充电直至IGBT全饱和。栅*电流IG对输入电容进行充电，IGBT的导通和关断特性由与充电过程有关的电压VGE和VCE来体现。在关断期间，所描述的过程运行在相反的方向，电荷必须从栅*上移除。由于输入电容的非线性，因此为了计算驱动器输出功率，输入电容可能只被应用到某种范围。*种更为实际的确定驱动器输出功率的方法是利用栅*电荷特性。
图1 IGBT的电容
图2 简化的栅*充电波形
如何测量和确定栅*电荷
栅*电荷可以通过*个简化的测试电路进行测量。当栅*电压VGE用示波器进行测量时，栅*由*个恒流源（QG=I*t）驱动。所确定的栅*电荷曲线（图3）可被�*醇扑闱疘GBT所需的每脉冲栅*电荷。总的删*-发射*电压可通过考虑所施加的栅*导通电压VG(on)和关断电压VG(off)之差来进行计算。图3中来自IGBT数据表的图表显示了在正象限和负象限的栅*电荷曲线。如果栅*电荷曲线只在正象限给出，则栅*电荷的幅值可由外插法读出。即使在没有栅*电荷曲线的情况下，通过使用输入电容Cies=CGE+CGC这*准确度稍差的方法也能确定栅*电荷<7> 。
图3 栅*充电特性
驱动器输出功率和栅*电流
驱动IGBT所需触发电路的单*功率可被视作是预期开关频率和能量的函数，该能量用于对IGBT进行充放电。驱动器输出功率PGD(out)等于电能E乘以开关频率fSW，PGD(out)=E*fSW。E等于栅*电荷乘以导通和关断电压的差值，E=QG*(VG(on)-VG(off))。因此，驱动器的输出功率与栅*电荷、导通和关断电压以及开关频率有关，PGD(out)=QG*(VG(on)-VG(off))*fSW。
对于IGBT驱动器电路的另*个关键要求是要有足够的电流可用于IGBT输入电容的充放电，从而导通和关断IGBT。栅*电流可用IGBT输入电容充电（图4）的方程来计算。所计算出的栅*电流是驱动器输出*每通道的*小平均输出电流，IG=IGE+IGC=QG*fSW。IGBT的开关时间受IGBT栅*的充放电控制。如果栅*峰值电流增大，则导通和关断时间将变短，且开关损耗减少。这显然也影响其他开关参数，如必须被监视的过电压应力。栅*充电电流可由栅*电阻RG(on)和RG(off)控制。理论峰值电流可以很容易计算出，IGPEAK=(VG(on)-VG(off))/(RG+RG(int))。这里，IGBT模块的内部栅*电阻RG(int)必须加以考虑。而在实际中，杂散电感使峰值电流小于可能的理论值。在某个IGBT驱动器的数据表中，所给出的*大峰值电流是当栅*电阻为*小值时的电流。如果这两个*大和*小的范围都超过了，其结果是驱动器的输出可能会受到损害。
图4 IGBT的电容和栅*电流
IGBT驱动器的选择
选取合适的IGBT驱动器需要考虑几点。驱动器的*大平均输出电流必须大于计算值，且驱动器的*大栅*峰值电流必须等于或大于*大计算栅*峰值电流。驱动器的输出电容必须能够提供IGBT栅*充放电所需的栅*电荷。当选择*个合适的驱动器时，驱动器数据表中所列出的每脉冲*大电荷必须被充分地考虑到。*论哪种应用，都可以很容易地通过使用DriverSel工具来选择合适的驱动器。DriverSel是*款免费软件工具，可从www.semikron.com下载。它基于上述的特点和方程，根据所选择的IGBT模块类型、并联模块的数量、栅*电阻、开关频率以及集电*-发射*电压计算出合适的IGBT驱动器。该工具可用于驱动器的计算，任何品牌和IGBT封装的选择，以及计算所需的栅*电荷和平均电流。