功率半导体IGBT/MOSFET应用中栅极电阻Rg的作用及选配指南

发布时间: 2022-05-17 浏览次数： 次

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功率半导体IGBT/MOSFET应用中栅极电阻Rg的作用及选配指南

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＝FVQ，其中：
F 为工作频率；
V 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(例如北京LMY的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。已经有Rge了，但考虑到上述因素，用户最好再在IGBT的栅射极或MOSFET栅源间加装Rge。