栅极电阻RG对IGBT开关特性的性能影响分析

5栅极电阻的计算

　　对于低开关损耗，无IGBT模块振荡，低二极管反向恢复峰值电流和最大dv/dt限制，栅极电阻必须体现出最佳的开关特性。通常在应用中，额定电流大的IGBT模块将采用较小的栅极电阻驱动;同样的，额定电流小的IGBT模块，将需要较大的栅极电阻。也就是说，IGBT数据手册中所给的电阻值必须为每个设计而优化。IGBT数据手册指定了栅极电阻值。然而，最优的栅极电阻值一般介于数据手册所列值和其两倍之间。IGBT数据手册中所指定的值是最小值。在指定条件下，两倍于额定电流可被安全地关断。在实际中，由于测试电路和各个应用参数的差异，IGBT数据手册中的栅极电阻值往往不一定是最佳值。上面提到的大概的电阻值(即两倍的数据表值)可被作为优化的起点，以相应地减少栅级电阻值。确定最优值的唯一途径是测试和衡量最终系统，使应用中的寄生电感最小很重要。这对于保持IGBT的关断过电压在数据手册的指定范围内是必要的，特别是在短路情况下。栅极电阻决定栅极峰值电流IGM。增大栅极峰值电流将减少导通和关断时间，以及开关损耗。栅极峰值电流的最大值和栅极电阻的最小值分别由驱动器输出级的性能决定。

　6 设计、布局和疑难解答

　　为了能够经受住应用中出现的大负载，栅极电阻必须满足一定的性能要求并具有一定的特性。由于栅极电阻上的大负载，建议使用电阻并联的形式。这将产生一个冗余，如果一个栅极电阻损坏，系统可临时运行，但开关损耗较大。选择错误的栅极电阻，可能会导致问题和不希望的结果。所选的栅极电阻值太大，将导致损耗过大，应减小栅极电阻值。过高的栅极电阻值可能会导致IGBT在开关期间长时间运行在线性模式下，最终导致栅极振荡。然而，万一电阻的功耗和峰值功率能力不够，或者使用了非防浪涌电阻，都会导致栅极电阻过热或烧毁。运行期间，栅极电阻不得不承受连续的脉冲电流，因此，栅极电阻必须具有一定的峰值功率能力。使用非常小的栅极电阻，会带来更高的dv/dt 或di/dt，但也可能会导致EMI噪声。

　　应用(直流环节)中的电感过大或者使用的栅极电阻小，将导致更大的di/dt，从而产生过大的IGBT电压尖峰。因此，应尽量减小电感或者增大栅极电阻值。为减小短路时的电压尖峰，可使用软关断电路，它可以更缓慢地关断IGBT。栅极电阻和IGBT模块之间的距离应尽可能短。如果栅极电阻和IGBT模块之间的连线过长，将会在栅极-发射极的通道上产生较大的电感。结合IGBT的输入电容，该线路电感将形成一个LC振荡电路。可简单地通过缩短连线或者用比最小栅极电阻值RG(min)≥2√Lwire/Cies大的栅极电阻来衰减这种振荡。