【導(dǎo)讀】電機(jī)控制中用到最多的就是半橋式電路中的IGBT，而在這種應(yīng)用中也要確定IGBT的大小，那么如何去優(yōu)化大小呢？步驟就是基于開(kāi)關(guān)功耗、產(chǎn)生的EMI，直通電流和可導(dǎo)致故障的可能性之間的權(quán)衡。所有這些因素都隨應(yīng)用環(huán)境變化，包括母線電壓和開(kāi)關(guān)電流大小，這些綜合起來(lái)確定IGBT的大小。
半橋式電路中的IGBT尤其多用于電機(jī)控制應(yīng)用。圖騰柱式布局創(chuàng)造出一種需要最佳柵極電阻設(shè)計(jì)的場(chǎng)景。優(yōu)化步驟是基于開(kāi)關(guān)功耗、產(chǎn)生的EMI，直通電流和可導(dǎo)致故障的可能性之間的權(quán)衡。所有這些因素都隨應(yīng)用環(huán)境變化，包括母線電壓和開(kāi)關(guān)電流大小，這些綜合起來(lái)確定IGBT的大小。IGBT的大小決定器件的寄生元件，包括相關(guān)的電容。一旦知道了寄生參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)，就可以選擇最佳的柵極電阻值。
在設(shè)計(jì)半橋式布局中的柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)該認(rèn)真考慮圖1中的Rg_on和Rg_off。較低的Rg_on值由于會(huì)使IGBT速度更快，因而能夠減少開(kāi)關(guān)能耗。
由于開(kāi)關(guān)時(shí)間減少，高電壓和高電流狀況持續(xù)的時(shí)間較短。然而，快速開(kāi)關(guān)速度可能導(dǎo)致幾個(gè)負(fù)面效應(yīng) ，比如EMI 增加，并且可能出現(xiàn)意外的直通電流。
在這些負(fù)面效應(yīng)中，本博文介紹意外直通電流。如圖1所示，該穿通電流會(huì)通過(guò)將相反 IGBT柵極充電至超過(guò)閥值電壓的點(diǎn)而導(dǎo)致寄生導(dǎo)通。當(dāng)一顆IGBT導(dǎo)通時(shí)，會(huì)對(duì)另外一顆IGBT施加上升的dvce/dt電壓 。上升電壓為米勒電容(Cgc)充電。因此，充電電流可通過(guò)以下方程式描述：
Eq˙Icharging = CgcXdvce/dt。
該電流流入柵極電容Cge和Rg_off，如圖1中的藍(lán)線所示。基于Rg_off電阻、Cge，和電流，IGBT柵極-發(fā)射極兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓。如果柵極-發(fā)射極電壓高于IGBT柵極-發(fā)射極閥值電壓 (VGEth)，產(chǎn)生直通電流，如圖1中的紅線所示，并據(jù)此繪制出綠色波形，如圖2所示。
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圖1: C˙dv/dt電流和寄生導(dǎo)通
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圖2：因C˙dv/dt效應(yīng)產(chǎn)生穿通電流時(shí)的真實(shí)開(kāi)關(guān)波形
為了防止出現(xiàn)這種現(xiàn)象，可以采用的一種方法是增大IGBT VGEth的閥值。然而，IGBT的Vce(sat)行為與VGEth之間存在權(quán)衡。增大柵極閥值電壓會(huì)導(dǎo)致額外的功耗，因?yàn)镮GBT飽和電壓Vce(sat)會(huì)增大。因此，就效率而言，存在對(duì)增大 VGEth的局限性。
因此，應(yīng)該控制這種現(xiàn)象發(fā)生，通過(guò)在考慮固定IGBT特性如寄生電容和 VGEth時(shí)選擇合適的柵極電阻值實(shí)現(xiàn)。
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為了優(yōu)化柵極控制電阻，要求知道影響圖2中觀察到的“Vge bump”的各種外部因素交互。
“Vge bump”電平會(huì)因?yàn)橄铝蠥到D項(xiàng)描述的關(guān)系中的因素增大：
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因素C、D和E與工作條件相關(guān)。為了最小化穿通電流和產(chǎn)生的“Vge bump”，應(yīng)該在最壞的C、D、E條件下考慮因素A和B。
圖3顯示如何通過(guò)調(diào)節(jié)柵極關(guān)斷速度將開(kāi)關(guān)內(nèi)波形優(yōu)化到基本消除電流直通的點(diǎn)。總之，為了阻止或減少這種穿通問(wèn)題，推薦采用幾種調(diào)節(jié)方法，如表1所示。圖3顯示通過(guò)減小Rg_off值的調(diào)節(jié)方法的實(shí)例。推薦采用其他 調(diào)節(jié)方法，最小化直通電流的效應(yīng)，同時(shí)優(yōu)化整體開(kāi)關(guān)性能和效率。該表格總結(jié)了可以嘗試的調(diào)節(jié)方法、預(yù)期效應(yīng)和可能缺點(diǎn)。建議嘗試各種調(diào)節(jié)方法，從而獲得能夠最大化效率同時(shí)最小化產(chǎn)生的直通電流和EMI的最佳情況。
圖3：通過(guò)減小Rg_off進(jìn)行優(yōu)化的實(shí)例
電機(jī)控制工具的優(yōu)點(diǎn)︰
●開(kāi)關(guān)及導(dǎo)通損耗優(yōu)于輸入數(shù)據(jù)范圍
●支持 Sine PWM、Space Vector PWM及四種間斷模式PWM
●指定電機(jī)頻率下的ΔTj（紋波溫度）；預(yù)測(cè)模塊的長(zhǎng)期可靠性
●以圖形顯示低變頻輸出頻率下的結(jié)溫紋波
●散熱器的散熱要求滿足既定標(biāo)準(zhǔn)
●結(jié)合等式與實(shí)證結(jié)果計(jì)算損耗，提供額外的數(shù)據(jù)保障
