门电路中的电阻或正确的方法

祝大家有美好的一天！

对于希望设计可靠且有效的功率半导体开关控制电路，更新和刷新经验丰富的专家的旧知识，或者可能至少在某个地方刮擦读者的存储箱的开发人员，这篇简短的文章可能会成为他们的备忘单。

对于这些情况，我将感到非常高兴。

在本文中，我将尝试描述有关电力电子设备栅极电阻选择的最常见问题。 它基于我从各种文献中收集到的知识，东芝，英飞凌，德州仪器（TI）的注解以及适度的实践。 值得注意的是，此信息并未为每个电源键直接提供通用建议。 尽管如此，仍然有可能分析哪些假设可能很重要，以及它们对分立功率晶体管以及功率模块的栅极电阻选择的影响。

基础知识

栅极电阻器位于功率晶体管的驱动器和晶体管本身的栅极之间的电路中，如文章标题中的图像所示。

打开或关闭的场键（IGBT / MOSFET）取决于施加到栅极的电压。 该电压的变化会使功率器件的栅极电容充电或放电，该电容由栅极-集电极电容组成 $$$C_ {gc}$ 和快门发射器 $$$C_ {ge}$ 和百叶窗本身的小容量。 按键输入容量的充电将其打开（当前 $$$I_ {g.chrg}$ ），放电将关闭（电流 $$$I_ {g.dischrg}$ ）



该电路中的电阻器会限制输入电容的充电/放电电流，此外，正确选择的电阻器将不允许钥匙自发打开，这有时可能是由于钥匙电源端子上电压的快速变化而发生的，例如，当相邻桥具有半桥拓扑时，可能会发生这种情况。钥匙打开。 在这种情况下，容量 $$$C_ {ge}$ 流经栅极电阻的电流会重新充电，并在栅极电阻上引起电压降，从而可以打开钥匙。 另外，钥匙打开阈值通常随着半导体晶体的温度升高而显着下降。

您需要了解什么以及如何选择“合适的”电阻器

1.最大驱动器充电/放电电流

任何驱动器微电路都有一个参数，例如最大输出电流。 如果打开/关闭钥匙时的栅极电流超过最大输出电流，则驱动器可能会发生故障，因此，在这种情况下，栅极电阻会限制驱动器的输出电流。

您可以建立等效电路模型，从中可以计算出所需的电阻值：



根据简单的推论，我们可以获得用于计算驱动器电流的公式，并选择一个栅极电阻器，以不超过最大允许的驱动器参数：

$$

$$I_ {g.chrg} = \ frac {V_ {CC} -V_ {EE}} {R_ {drv.ON} + R_g}，$$

$$

$$I_ {g.dischrg} = \ frac {V_ {CC} -V_ {EE}} {R_ {drv.OFF} + R_g}$$

2.功耗

同样，栅极电阻器的重要功能之一是耗散驱动器微电路输出级的功率。 根据以上模型，可以使用以下公式计算功耗：

$$

$$P_ {g.chrg} = \ frac {Q_g} {2} \ cdot（V_ {CC} -V_ {EE}）\ cdot f_ {sw} \ cdot \ frac {R_ {drv.ON}} {R_ { drv.ON} + R_g}，$$

$$

$$P_ {g.dischrg} = \ frac {Q_g} {2} \ cdot（V_ {CC} -V_ {EE}）\ cdot f_ {sw} \ cdot \ frac {R_ {drv.OFF}} {R_ { drv.OFF} + R_g}$$

在这里 $$$Q_g$ -按键的快门充电，以及 $$$f_ {sw}$ -开关频率。
计算并选择电阻器后，请务必遵守以下条件：

$$

$$P_ {g.chrg} + P_ {g.dischrg} + P_ {drv} <P_ {drv.MAX}，$$

在哪里 $$$P_ {drv}$ -自己的司机消费。

还有一点需要注意的是，在大多数数据表中，按键会指示某些条件下的快门电荷，例如，如果您的电路具有不同的控制电压，例如+ 15V ... 0V或+15，则快门控制电压为+ 15V ... -15V ... -8V，足以准确确定快门电荷将有助于以下关系：

$$

$$Q_ {g（0 ... 15V）} = 0.6 \ cdot Q_g，$$

$$

$$Q_ {g（-8V ... 15V）} = 0.75 \ cdot Q_g$$

3.开启速度和电磁兼容性

让我们考虑开关损耗与栅极电阻器电阻的函数关系。 我将使用最近在我的小型项目中使用的密钥-Infineon的最爱中的IKW40N120：



如您所见，随着快门电阻的增加，开关速度降低，开关损耗增加。 因此，这将影响整个系统的效率。 相反，如果您使用较低的快门电阻，则切换会更快，损耗会减少，但是电流和电压的快速增加所引起的噪声会增加，这在您需要满足电磁兼容性要求时至关重要，因此，必须谨慎选择快门电阻。

4.相同的“虚假”包含

开始时，当我写门电阻的功能时，我提到了按键自发打开的可能性。 为了防止这种情况的发生，您可以计算可能出现在晶体管栅极上的电压，查看下图并写下两个小公式：

$$

$$I_ {dischrg} = C_ {gc} \ cdot \ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} t} V_ {ce}，$$

$$

$$U_g = I_ {dischrg} \ cdot（R_g + R_ {drv.OFF}）$$

并且不要忘记钥匙的打开电压很大程度上取决于晶体的温度，这也需要加以考虑。

结论

现在，我们有了这样的公式，就可以乍看之下，将功率电路中的这种简单元件（如栅极电阻器）进行最佳选择（在某种程度上）。

您可能在这里没有发现任何新内容，但我希望至少此注释对您有用。

另外，为了拓宽视野，包括在电源密钥管理领域，我强烈建议您每周花一两个小时阅读著名电力电子制造商的各种文章和注解，尤其是有关驱动芯片的使用。 我相信您会在那找到很多有趣的东西。 首先， 我建议深入探讨这一主题。

感谢您的阅读！