——驅動優化的底層邏輯是什么?

引

哎呀好久不見，最近又在調驅動

特地趕來分享一下心得

IGBT的驅動是個很有意思的事情

調試的時候總是在權衡、取舍

調來調去也離不開它的底層邏輯，也就是原理

咱就根據這個底層邏輯

捋一捋具體的實現方法

走著

驅動優化的目的

這一點非常重要，不明白優化目標，亂改一通，非常沒有目的性;

看一看，作為一個電流的開關，咱要追求它的什么特性，簡單羅列一下，有哪些

舉個例子，假如你就是想要抑制關斷電壓尖峰，那除了優化雜散電感外，就從關斷di/dt上下手，至于怎么控制di/dt，別急，后邊很詳細

優化之后，再回過頭來看有沒有影響其它關鍵性能，或者其它關鍵性能可做多少取舍，如犧牲多少開關損耗之類。這樣，調節的方向就很明確，雞腿也越來越近

說白了，無論你準求什么目標，其實都是在控制di/dt和dv/dt

驅動的底層邏輯

這部分非常樸實無華且枯燥

但是看懂了，理解后邊的方法會非常容易

首先，作為場控器件，IGBT的驅動是輸入電容充放電的過程

也就是給CgeCgc充放電

簡單鋪墊一下：

Cge和Coxd為氧化層電容，與柵極電壓和集電極電壓無關;

Cdep和Cce是IGBT開關暫態耗盡層空間電荷作用的結果，因此與Vce密切相關

Cgc=Cdep+Coxd又叫米勒電容

關鍵來了，以開通過程為例：

t0-t1：開通延遲，驅動電流Ig，不斷給Cge充電，由于Vce還沒有下降，米勒電容的大小取決于Cdep(電容串聯，容值取決于小的哪個，類似于電阻并聯，Cdep的大小隨Vce增大而減小)Cdep相對于Cge非常小，因此主要給Vge充電

t1-t2：Vge達到Vgeth，電流上升，由于di/dt和雜散電感的影響，Vce會有一個缺口;門極主要還是給Cge充電，道理同上，t2時刻由于反向恢復電流的峰值，Vge會出現一個小尖峰Vge pk

gm是IGBT的跨導

t2-t3：米勒平臺,二極管結束反向恢復，開始承受反向壓降，IGBT的Vce迅速下降，此時Cdep變大，米勒電容變大，相對于Cge量級相當，于是開始給米勒電容充電，Vge不再上升，形成米勒平臺

t3-t4：繼續給Cge//Cgc充電，直至達到驅動電路的正偏置電壓VCC，門極驅動電流呈指數衰減

總結：把過程分為四個部分，優化哪部分的參數，看該部分的特性就行

(又來舉例子，你要優化開通di/dt，那就瞄準t1-t2階段，這段Vge受啥影響，驅動電流和Cge,邏輯就是這么簡單)

優化方法

說完原理就是實操了

這就是內功心法不變，招式千變萬化，注意看，說不定你未來的專利就在這里頭

如何控制di/dt和dv/dt?

控制di/dt、dv/dt——>控制Vge波形

Vge的影響因素有幾個呢?列出來：

偏置電壓VCC、驅動電阻R、二者決定驅動電流

柵極射極電容Cge和米勒電容Cgc

于是，改來改去無外乎更改上述幾個參數，而且是變著花樣改

總的來說，分為開環和閉環兩種方式：

開環：(改電阻、改輸入電容、分級驅動、高頻方波驅動)

閉環：(閉環di/dt、dv/dt控制，有源嵌位、參考波形給定)

1d改電阻

工程上最直觀最常用、通常理解增大關斷電阻，可減小di/dt，因此降低關斷電壓尖峰，但增加關斷損耗。

最新的溝槽柵場終止型IGBT，關斷電壓尖峰并非與驅動電阻成單純線性關系，反而在比較小的范圍內，電壓尖峰隨著驅動電阻的增大而增大

調試的朋友遇到這種詭異的問題不要奇怪啦

2改電容

增加Cge降低di/dt，增加Cgc降低dv/dt，簡單而直觀，易實現

缺點：增加開關損耗，增大米勒電容增加直通風險

3分級驅動

把關斷分為不同階段，每個階段采用不同的

電阻、電流、電壓

類似于下邊這種，可變驅動電阻陣列，實現不同階段可變驅動電阻：

或者這種，分階段采用不同的驅動電流或驅動電壓

(t0-t1驅動電流大點，減小開通延遲，t1-t2小點，增大di/dt，t2之后大點，縮短米勒平臺)

目前車規級驅動芯片普遍使用的兩級關斷也是這個思想

優點：電路相對簡單

缺點：控制離散化，不能精準控制

4高頻方波

由于開關損耗較大，汽車應用見不到，感興趣的同學查閱論文

5參考波形給定

第一類：給定Vge，使用前饋或者反饋的方式控制Vge的軌跡，類似于下圖

第二類：給定Vce，類似于下圖

第三類：給定di/dt、dv/dt

看起來是不是很厲害，但是電路很復雜，時滯高，工程上的應用其實并不多

上圖這么復雜是為了實現關斷過程的分段控制，下圖虛線前后分開，前邊控制di/dt，后邊控制dv/dt

于是，這種方法的特點就是

優點：參考波形簡單

缺點：電路復雜

6有源嵌位法

相必大家非常熟悉，最常用，本質上是負反饋，Vce過壓擊穿TVS，使Vge拉升延緩關斷速度

優點：電路簡單，響應迅速，應用廣泛

缺點：TVS頻繁動作會發熱，影響壽命;TVS耐壓限制IGBT阻斷電壓

因此，該方法應用時，盡量讓它短時間工作

7關斷尖峰吸收電路

工業上應用很多，吸收電路本身的散熱和占用的空間是個問題，它的原理也很簡單，百度可得

結

這部分的內容在整理的過程中，頗有感悟

調驅動的過程中，面臨著各種取舍和權衡

像人生一樣，一直在取舍

追求優化

魚和熊掌怎么兼得呢

那只能提升硬實力

用更先進的芯片

訓練更高效的大腦

——完——

原文標題：盤點IGBT驅動優化方法!!

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審核編輯：湯梓紅