SEMIKRON AN-7003 Application Note
AN
-
7003
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引言.......................................................................................................................................................................1
IGBT 开关特性 ......................................................................................................................................................2
续流二极管的开关特性 ..........................................................................................................................................4
驱动输出级 ............................................................................................................................................................4
栅极电阻的计算.....................................................................................................................................................5
最小栅极 阻抗 – 最大栅极峰值电流 ...................................................................................................................... 5
功率耗散................................................................................................................................................................ 6
峰值功率能力 ........................................................................................................................................................6
电阻类型................................................................................................................................................................ 7
设计和布局 ............................................................................................................................................................7
疑难解答................................................................................................................................................................ 8
符号和术语 ............................................................................................................................................................8
参考文献................................................................................................................................................................ 8
本应用指南提供有关使用栅极电阻（RG）控制 IGBT 开关
的信息。所提供的信息仅包括提示并不包含完整的设计规
则。信息并不全面，设计是否合适取决于用户自己。
引言
引言
引言引言
功率半导体的开关特性受栅极电容的再充电控制。栅极电
容的再充电可以通过栅极电阻控制。IGBT 的动态性能可
通过栅极电阻值来调整。通过使用典型的+15V 控制电压
（V
G(on)
15V 控制 IGBT 关断。
栅极电阻影响 IGBT 的开关时间、开关损耗、反向偏置安
全 运 行 区 域 （ RBSOA ） 、 短 路 电 流 安 全 运 行 区 域
（SCSOA）、EMI、dv/dt、di/dt 和续流二极管的反向恢
复电 流。栅 极电阻 必须按 照各个 应用参 数仔细 选择和 优
化，如： IGBT 技术、二极管、开关频率、损耗、应用布
应用指南
00
2007-11-12
Markus Hermwille
栅极电阻 – 选择原则与应用
）控制 IGBT 导通，典型的负输出电压-5 …-8…-
关键词：IGBT 驱动器，栅极电阻，选择，设计，应用
www.Semikron.com/Application/GateResistor
局、电感/杂散电感、直流环节电压和驱动能力。应用的完
整设计必须作为一个整体来看，并要适当考虑到上面所提
到的参数。整个应用中各参数间的相互影响必须被评估和
调和。
受阻抗控制
受阻抗控制
受阻抗控制受阻抗控制
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2007-11-12 – Rev00
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应用指南
应用指南 AN-7003
应用指南应用指南
IGBT 开关特性
开关特性
开关特性开关特性
每个 IGBT 开关特性的设定可受外部电阻 RG的影响。由
于 IGBT 的输入 电容在开关 期间是变化的，必须被充放
导通栅极电流
导通栅极电流
导通栅极电流导通栅极电流
由于栅极峰值电流的增加，导通和关断的时间将会缩短且
开关损耗也将会减少。减小 R
导通
导通 /关断
导通导通
和 R
G(on)
关断 能量
能量 = f (RG) (以以以以 SKM200GB128D 为例
关断关断
能量能量
的阻值会影响栅
G(off)
为例) 开关时间
为例为例
电，栅极电阻由通过限制导通和关断期间栅极电流（IG）
脉冲的幅值需要多长时间来决定。
关闭栅极电流
关闭栅极电流
关闭栅极电流关闭栅极电流
R
G(off)
I
G
V
G-
极峰值电流。下列图表显示开关损耗和开关时间依赖于选
定的栅极电阻值。
开关时间 vs. 电阻率
开关时间开关时间
电阻率 (以以以以 SKM200GB128D 为例
电阻率电阻率
为例)
为例为例
当减小栅极电阻的阻值时，需要考虑的是当大电流被过快
地切换时所产生的 di/dt。这是由于电路中存在杂散电感，
，它在 IGBT 上产生高的电压尖峰，该电涌电压可由下式
估计。
电压尖峰计算公式
电压尖峰计算公式
电压尖峰计算公式电压尖峰计算公式
stray×=σ
di
LV
dt
这一影响可在 IGBT 关断时的波形图上观察到。图中的阴
影部分显示了关断损耗的相对值。集电极-发射极电压上的
瞬间电压尖峰可能会损坏 IGBT，特别是在短路关断操作
的情况下，因为 di/dt 比较大。正如下图所示，可通过增加
栅极电阻的值来减小 V
。因此，消除了由于过电压而
stray
带来的 IGBT 被损毁的风险。
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IGBT 导通
导通
导通导通
应用指南
应用指南 AN-7003
应用指南应用指南
IGBT 关断
关断
关断关断
根据半桥配置中上臂 IGBT（上部）和下管 IGBT（下部）
间的互锁/死区时间，栅极电阻对延迟时间的影响要加以考
虑。大的 R
增加 IGBT 的下降时间，这就是为什么实
G(off)
际的死区时间可能超过最小死区时间，这会带来更多的直
通趋势。
diC/dt @ 导通
导通
导通导通
I
C
diC/dt
t
下表概况了栅极电阻值的改变所带来的 IGBT 开关特性的
变化。
变化率
变化率 / 特性
变化率变化率
ton
t
off
Eon
E
off
导通峰值电流
关断尖峰电流二极管
dv/dt
di/dt
电压尖峰
EMI 噪声
特性
特性特性
RG RG
快速的导通和关断会分别带来较高的 dv/dt 和 di/dt，因此
会产生更多的电磁辐射（ EMI ），从而可能在应用中引起
电路故障。下表显示不同的栅极电阻值对 di/dt 的影响。
diC/dt @ 关断
关断
关断关断
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