功率场效应晶体管栅极驱动电路

一、栅极电阻Rg的作用

1、消除栅极振荡

绝缘栅器件(IGBT、MOSFET)的栅射(或栅源)极之间是容性结构，栅极回路的寄生电感又是不可避免的，如果没有栅极电阻，那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡，因此必须串联一个电阻加以迅速衰减。

2、转移驱动器的功率损耗

电容电感都是无功元件，如果没有栅极电阻，驱动功率就将绝大部分消耗在驱动器内部的输出管上，使其温度上升很多。

3、调节功率开关器件的通断速度

栅极电阻小，开关器件通断快，开关损耗小;反之则慢，同时开关损耗大。但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高，从而产生较大的干扰，严重的将使整个装置无法工作，因此必须统筹兼顾。

二、栅极电阻的选取

1、栅极电阻阻值的确定

各种不同的考虑下，栅极电阻的选取会有很大的差异。初试可如下选取:

不同品牌的IGBT模块可能有各自的特定要求，可在其参数手册的推荐值附近调试。

2、栅极电阻功率的确定

栅极电阻的功率由IGBT栅极驱动的功率决定，一般来说栅极电阻的总功率应至少是栅极驱动功率的2倍。

IGBT栅极驱动功率 P=FUQ，其中:

F 为工作频率;

U 为驱动输出电压的峰峰值;

Q 为栅极电荷，可参考IGBT模块参数手册。

例如，常见IGBT驱动器(如TX-KA101)输出正电压15V，负电压-9V，则U=24V，

假设 F=10KHz，Q=2.8uC

可计算出 P=0.67w ，栅极电阻应选取2W电阻，或2个1W电阻并联。

三、设置栅极电阻的其他注意事项

1、尽量减小栅极回路的电感阻抗，具体的措施有:

a)驱动器靠近IGBT减小引线长度;

b) 驱动的栅射极引线绞合，并且不要用过粗的线;

c) 线路板上的 2 根驱动线的距离尽量靠近;

d) 栅极电阻使用无感电阻;

e) 如果是有感电阻，可以用几个并联以减小电感。

2、IGBT 开通和关断选取不同的栅极电阻

通常为达到更好的驱动效果，IGBT开通和关断可以采取不同的驱动速度，分别选取 Rgon和Rgoff(也称 Rg+ 和 Rg- )往往是很必要的。

IGBT驱动器有些是开通和关断分别输出控制，只要分别接上Rgon和Rgoff就可以了。

有些驱动器只有一个输出端，这就要在原来的Rg 上再并联一个电阻和二极管的串联网络，用以调节2个方向的驱动速度。

3、在IGBT的栅射极间接上Rge=10-100K 电阻，防止在未接驱动引线的情况下，偶然加主电高压，通过米勒电容烧毁IGBT。所以用户最好再在IGBT的栅射极或MOSFET栅源间加装Rge。

四极管就有两个栅极，一个和三极管中的栅极功能一样(称为控制栅极或者栅极1号)，另一个(称为帘栅或者栅极2号)是用于减少控制栅极和金属板间的电容。

功率场效应晶体管及其特性

一、 功率场效应晶体管是电压控制器件，在功率场效应晶体管中较多采用的是V沟槽工艺，这种工艺生产地管称为VMOS场效应晶体管，它的栅极做成V型，有沟道短、耐压能力强、跨导线性好、开关速度快等优点，故在功率应用领域有着广泛的应用，出现一种更好的叫TMOS管，它是在VMOS管基础上改进而成的，没有V形槽，只形成了很短的导通沟槽。

二、 功率场效应晶体管的基本参数及符号

1.极限参数和符号

(1) 漏源极间短路时，栅漏极间的耐压VGDS

(2) 漏源极间开路时，栅漏极间的耐压VGSO

(3) 栅源极在规定的偏压下，漏源极间耐压VDSX

(4) 击穿电压BVDS

(5) 栅极电流IG

(6) 最大漏电极耗散功率PD

(7) 沟道温度TGH，存储温度TSTG

2.电气特性参数和符号

(1) 栅极漏电电流IGSS

(2) 漏极电流IDSS

(3) 夹断电压VP

(4) 栅源极门槛极电压VGS(th)

(5) 导通时的漏极电流ID(on)

(6) 输入电容Ciss

(7) 反向传输电容Crss

(8) 导通时的漏源极间电阻RDS(on)

(9) 导通延时时间td(on)

(10)上升时间tr

(11)截止延时时间td(off)

(12)下降时间tf

这些参数反映了功率场效应晶体管在开关工作状态下的瞬间响应特性，在功率场效应晶体管用于电机控制等用途时特别有用。