中心論題：

• 柵極電阻影響IGBT的開關時間、開關損耗及各種其他參數，必須根據具體應用的參數非常仔細地選擇和優化
• 減小柵極電阻阻值可降低IGBT的開關損耗，但要注意快速的導通關斷所帶來的電壓尖峰和電磁幹擾
• 保護IGBT的續流二極管的開關特性也受柵極電阻的影響，並限製柵極阻抗的最小值
• 柵極電阻的計算和最終確定

解決方案：

• 測試和衡量最終係統是確定柵極電阻最終最優值的唯一途徑
  ，最優的柵極電阻值一般介於IGBT數據表中所列的值和其兩倍之間
• 柵極電阻建議使用並聯形式，並必須具有一定的峰值功率
• 用軟關斷電路減小短路時的電壓尖峰，通過縮短柵極電阻電路和IGBT模塊之間的連線或用比最小值大的柵極電阻來衰減柵極振蕩

用於控製、調(tiao)節(jie)和(he)開(kai)關(guan)目(mu)的(de)的(de)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)需(xu)要(yao)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)更(geng)大(da)的(de)電(dian)流(liu)。功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)開(kai)關(guan)動(dong)作(zuo)受(shou)柵(zha)極(ji)電(dian)容(rong)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)控(kong)製(zhi)。而(er)柵(zha)極(ji)電(dian)容(rong)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)通(tong)常(chang)又(you)受(shou)柵(zha)極(ji)電(dian)阻(zu)的(de)控(kong)製(zhi)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)典(dian)型(xing)的(de)+15V控製電壓（VG(on)），IGBT導通，負輸出電壓為-5 …-8…-15V時
，IGBT關斷。IGBT的動態性能可通過柵極電阻值來調節。柵極電阻影響IGBT的開關時間、開關損耗及各種其他參數，從電磁幹擾EMI到電壓和電流的變化率。因此柵極電阻必須根據具體應用的參數非常仔細地選擇和優化。

每個IGBT開關特性的設定可受外部電阻RG的影響。由於IGBT的輸入電容在開關期間是變化的
，必須被充放電，柵極電阻通過限製導通和關斷期間柵極電流（IG）脈衝的幅值來決定充放電多長時間（見圖1）。由於柵極峰值電流的增加，導通和關斷的時間將會縮短且開關損耗也將會減少。減小RG(on)和RG(off)的阻值會增大柵極峰值電流。當減小柵極電阻的阻值時，需要考慮的是當大電流被過快地切換時所產生的電流隨時間變化特性di/dt。電路中存在雜散電感在IGBT上產生大的電壓尖峰。這一效果可在圖2所示的IGBT關斷時波形圖中觀察到。圖中的陰影部分顯示了關斷損耗的相對值。集電極-發射極電壓上的瞬間電壓尖峰可能會損壞IGBT，特別是在短路關斷操作的情況下，因為di/dt比較大。可通過增加柵極電阻的值來減小Vstray。因此，消除了由於過電壓而帶來的IGBT被損毀的風險。快速的導通和關斷會分別帶來較高的dv/dt和di/dt，因此會產生更多的電磁幹擾（EMI）
，從而可能導致電路故障。表1顯示不同的柵極電阻值對di/dt的影響。

圖1 導通、關斷/柵極電流



圖2 IGBT關斷

表1 變化率/特性


保護IGBT的續流二極管的開關特性也受柵極電阻的影響
，並限製柵極阻抗的最小值。這意味著IGBT的導通開關速度隻能提高到一個與所用續流二極管反向恢複特性相兼容的水平。柵極電阻的減小不僅增大了IGBT的過電壓應力，而且由於IGBT模塊中diC/dt的增大，也增大了續流二極管的過壓極限。通過使用特殊設計和優化的帶軟恢複功能的CAL（可控軸向壽命）二極管
，使得反向峰值電流小，從而使橋路中IGBT的導通電流小。

柵極驅動電路的驅動器輸出級是一種典型的設計，采用了兩個按圖騰柱形式配置的MOSFET
，如圖3所示。兩個MOSFET的柵極由相同的信號驅動。當信號為高電平時，N通道 MOSFET導通，當信號為低電平時，P通道MOSFET導通
，從而產生一個兩晶體管推挽輸出配置。MOSFET的輸出級可有一路或兩路輸出。根據輸出級有一路還是兩路輸出
，可實現具有一個或兩個柵極電阻（導通，關斷）的用於對稱或不對稱柵極控製的解決方案。

圖3 RG(on)/RG(off)的連接

柵極電阻的計算
對於低開關損耗，無IGBT模塊振蕩，低二極管反向恢複峰值電流和最大dv/dt限製，柵極電阻必須體現出最佳的開關特性。通常在應用中
，額定電流大的IGBT模塊將采用較小的柵極電阻驅動；同樣的，額定電流小的IGBT模塊，將需要較大的柵極電阻。也就是說，IGBT數據手冊中所給的電阻值必須為每個設計而優化。IGBT數據手冊中指定了柵極電阻值。然而
，最優的柵極電阻值一般介於IGBT數據表中所列的值和其兩倍之間。IGBT數據表中所指定的值是最小值；在指定條件下，兩倍於額定電流可被安全地關斷。在實際中
，由於測試電路和各個應用參數的差異，IGBT數據表中的柵極電阻值往往不一定是最佳值。上麵提到的大概的電阻值（即兩倍的數據表值），可(ke)被(bei)作(zuo)為(wei)優(you)化(hua)的(de)起(qi)點(dian)，以(yi)相(xiang)應(ying)地(di)減(jian)少(shao)柵(zha)級(ji)電(dian)阻(zu)值(zhi)。確(que)定(ding)最(zui)終(zhong)最(zui)優(you)值(zhi)的(de)唯(wei)一(yi)途(tu)徑(jing)是(shi)測(ce)試(shi)和(he)衡(heng)量(liang)最(zui)終(zhong)係(xi)統(tong)。使(shi)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)最(zui)小(xiao)很(hen)重(zhong)要(yao)。這(zhe)對(dui)於(yu)保(bao)持(chi)IGBT的關斷過電壓在數據表的指定範圍內是必要的，特別是在短路情況下。柵極電阻決定柵極峰值電流IGM。增zeng大da柵zha極ji峰feng值zhi電dian流liu將jiang減jian少shao導dao通tong和he關guan斷duan時shi間jian以yi及ji開kai關guan損sun耗hao。柵zha級ji峰feng值zhi電dian流liu的de最zui大da值zhi和he柵zha級ji電dian阻zu的de最zui小xiao值zhi分fen別bie由you驅qu動dong器qi輸shu出chu級ji的de性xing能neng決jue定ding。
 
設計、布局和疑難解答
為wei了le能neng夠gou經jing受shou住zhu應ying用yong中zhong出chu現xian的de大da負fu載zai
，柵zha極ji電dian阻zu必bi須xu滿man足zu一yi定ding的de性xing能neng要yao求qiu並bing具ju有you一yi定ding的de特te性xing。由you於yu柵zha級ji電dian阻zu上shang的de大da負fu載zai，建jian議yi使shi用yong電dian阻zu並bing聯lian的de形xing式shi。這zhe將jiang產chan生sheng一yi個ge冗rong餘yu，如ru果guo一yi個ge柵zha極ji電dian阻zu損sun壞huai，係xi統tong可ke臨lin時shi運yun行xing，但dan開kai關guan損sun耗hao較jiao大da。選xuan擇ze錯cuo誤wu的de柵zha極ji電dian阻zu，可ke能neng會hui導dao致zhi問wen題ti和he不bu希xi望wang的de結jie果guo。所suo選xuan的de柵zha極ji電dian阻zu值zhi太tai大da，將jiang導dao致zhi損sun耗hao過guo大da，應ying減jian小xiao柵zha極ji電dian阻zu值zhi。應ying銘ming記ji整zheng個ge應ying用yong中zhong的de開kai關guan性xing能neng。過guo高gao的de柵zha極ji電dian阻zu值zhi可ke能neng會hui導dao致zhiIGBTzaikaiguanqijianzaichangshijianyunxingzaixianxingmoshixia
，zuizhongdaozhizhajizhendang。raner，wanyidianzudegonghaohefengzhigonglvnenglibugou，huozheshiyonglefeifanglangyongdianzu，douhuidaozhizhajidianzuguorehuoshaohui。yunxingqijian
，zhajidianzubudebuchengshoulianxudemaichongliu。yinci，zhajidianzubixujuyouyidingdefengzhigonglvnengli。shiyongfeichangxiaodezhajidianzu，huidailaigenggaodedv/dt或di/dt，但也可能會導致EMI噪聲。

應用（直流環節）中的電感過大或者使用的關斷柵級電阻小，將導致更大的di/dt
，從而產生過大的IGBT電壓尖峰。因此應盡量減小電感或者增大關斷柵級電阻值。為減小短路時的電壓尖峰，可使用軟關斷電路，它可以更緩慢地關斷IGBT。柵極電阻電路和IGBT模塊之間的距離應盡可能短。如果柵極電阻和IGBT模塊之間的連線過長，將會在柵極-發射極的通道上產生較大的電感。結合IGBT的輸入電容，該線路電感將形成一個振蕩LC電路。可簡單地通過縮短連線或者用比最小值(RG(min)≥2√(Lwire/Cies))大的柵極電阻來衰減這種振蕩。