功率半導(dǎo)體的柵極電阻選型，一般有兩個優(yōu)化目標(biāo)。一方面，選擇電阻值較小的柵極電阻，可以使得功率半導(dǎo)體的開關(guān)速度更快。這將降低開關(guān)損耗，從而降低總體損耗。另一方面，選擇較大的柵極電阻可以降低開關(guān)速度，比如dvCE/dt或diC/dt。這可使柵極電路中發(fā)生的由寄生雜散電感或耦合電容引起的振蕩減少。因此，必須通過折中的辦法實現(xiàn)門極電阻的最優(yōu)化配置。然而，只需管理特定的工況點（如臨時過載或輕載條件）就已足夠。這些條件的開關(guān)速度比應(yīng)用系統(tǒng)正常運行時更慢。
電機(jī)驅(qū)動在低負(fù)荷條件下運行是典型的輕載條件。由于來自二極管的換向電流很小所以流入IGBT的正向電流也很小，在對應(yīng)的IGBT開通速度太快時，可能造成嚴(yán)重振蕩。如果正向電流能達(dá)到標(biāo)稱電流[1]的25%或以上，則這些振蕩可以被大幅度地減弱甚至消除。
正常的柵極驅(qū)動電路如圖1所示。一個柵極驅(qū)動器的開通電流和關(guān)斷電流大小取決于柵極電阻的柵極電流。電流iOUT+給功率晶體管的柵極充電，而電流iOUT-給功率晶體管的柵極放電。
圖1. 使用單一芯片的常規(guī)柵極驅(qū)動器
圖2顯示了推薦的開通電流能力得以改進(jìn)的柵極驅(qū)動概念。將型號為1EDI60I12AF的兩個柵極驅(qū)動器并聯(lián)。兩個IN+并接被用于常規(guī)PWM輸入信號。柵極驅(qū)動芯片IC2的端子IN-被用于是否選擇芯片IC2一起參與輸出。該信號可由應(yīng)用控制簡單生成，也能用與開關(guān)性能有關(guān)的傳感信號來控制，比如自溫度或集電極電流。啟用IC2芯片可以給柵極電流ig注入另一個分量iOUT+2從而一起參與開通過程。
圖2. 提議的柵極驅(qū)動設(shè)計
如圖2所示，只有驅(qū)動芯片IC1可以用于關(guān)斷。不然可能出現(xiàn)IC1在輸出電流而IC2在吸收電流的情況，這會導(dǎo)致芯片中或相關(guān)柵極電阻中出現(xiàn)過度的功率損耗。
柵極電流ig(t)的時間控制如圖3所示。如圖3中上圖所示，在低負(fù)荷條件下，用于導(dǎo)通和關(guān)斷的柵極電流只能由芯片IC1提供。導(dǎo)通性能可以根據(jù)個別應(yīng)用需求或設(shè)計準(zhǔn)則（比如驅(qū)動系統(tǒng)中的最大dvCE/dt）進(jìn)行調(diào)整[3]。參見圖2可知，可以通過對IC2的IN-端施加低電平信號，來實現(xiàn)高負(fù)荷運行和低負(fù)荷運行之間的切換。它可激活I(lǐng)C2的電流輸出端，從而實現(xiàn)更快速的開通。選擇IC2的OUT+端的附加導(dǎo)通柵極電阻值時，必須能使功率晶體管的導(dǎo)通性能再次滿足應(yīng)用需求。
圖3. IC1和IC2的柵極電流時間控制
測量結(jié)果評估
圖4所示為開通電流能力得以改進(jìn)的柵極驅(qū)動概念下，不同柵極電阻和集電極電流IC的導(dǎo)通能耗Eon和dvCE/dt的雙脈沖試驗的結(jié)果。柵極電阻從10?到47?不等（常規(guī)解決方案對應(yīng)的是實線），集電極電流位于標(biāo)稱電流的10%到100%之間。通過軟件計算90%/10%之間的dvCE/dt值。測試功率晶體管為40A/1200V IGBT（IKW40N120T2）。
圖4. 提議的速率控制技術(shù)對開通的dvCEon/dt（上圖）和開關(guān)能耗Eon（下圖）的影響
電壓變化率dvCE/dt隨集電極電流上升而上升。兩個柵極驅(qū)動器各自的柵極電阻為Rg1=18?和Rg2=47?。應(yīng)用推薦的柵極驅(qū)動技術(shù)可以在較小的集電極電流區(qū)間內(nèi)使用柵極電阻Rg1。根據(jù)推測，圖4中與Rg=20?對應(yīng)的綠線將取得與Rg=18?類似的結(jié)果，但dvCE/dt會小一些。在標(biāo)稱電流50%（IC=20A）以上，會切換到同時使用兩顆柵極驅(qū)動芯片并行運行的情況（此時Rg為Rg1與Rg2并聯(lián)的阻值13?）。
開通損耗如圖4中的下圖所示。使用本文推薦的柵極驅(qū)動時，標(biāo)稱電流（IC=40A）下的開通損耗可從4.8mJ下降到3.6mJ。這相當(dāng)于開通損耗Eon降低了25%左右。
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