【導讀】電機控制中用到最多的就是半橋式電路中的IGBT，而在這種應用中也要確定IGBT的大小，那么如何去優化大小呢？步驟就是基于開關功耗、產生的EMI，直通電流和可導致故障的可能性之間的權衡。所有這些因素都隨應用環境變化，包括母線電壓和開關電流大小，這些綜合起來確定IGBT的大小。
半橋式電路中的IGBT尤其多用于電機控制應用。圖騰柱式布局創造出一種需要最佳柵極電阻設計的場景。優化步驟是基于開關功耗、產生的EMI，直通電流和可導致故障的可能性之間的權衡。所有這些因素都隨應用環境變化，包括母線電壓和開關電流大小，這些綜合起來確定IGBT的大小。IGBT的大小決定器件的寄生元件，包括相關的電容。一旦知道了寄生參數和系統參數，就可以選擇最佳的柵極電阻值。
在設計半橋式布局中的柵極驅動時，應該認真考慮圖1中的Rg_on和Rg_off。較低的Rg_on值由于會使IGBT速度更快，因而能夠減少開關能耗。
由于開關時間減少，高電壓和高電流狀況持續的時間較短。然而，快速開關速度可能導致幾個負面效應 ，比如EMI 增加，并且可能出現意外的直通電流。
在這些負面效應中，本博文介紹意外直通電流。如圖1所示，該穿通電流會通過將相反 IGBT柵極充電至超過閥值電壓的點而導致寄生導通。當一顆IGBT導通時，會對另外一顆IGBT施加上升的dvce/dt電壓 。上升電壓為米勒電容(Cgc)充電。因此，充電電流可通過以下方程式描述：
Eq˙Icharging = CgcXdvce/dt。
該電流流入柵極電容Cge和Rg_off，如圖1中的藍線所示。基于Rg_off電阻、Cge，和電流，IGBT柵極-發射極兩端產生一個電壓。如果柵極-發射極電壓高于IGBT柵極-發射極閥值電壓 (VGEth)，產生直通電流，如圖1中的紅線所示，并據此繪制出綠色波形，如圖2所示。
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圖1: C˙dv/dt電流和寄生導通
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圖2：因C˙dv/dt效應產生穿通電流時的真實開關波形
為了防止出現這種現象，可以采用的一種方法是增大IGBT VGEth的閥值。然而，IGBT的Vce(sat)行為與VGEth之間存在權衡。增大柵極閥值電壓會導致額外的功耗，因為IGBT飽和電壓Vce(sat)會增大。因此，就效率而言，存在對增大 VGEth的局限性。
因此，應該控制這種現象發生，通過在考慮固定IGBT特性如寄生電容和 VGEth時選擇合適的柵極電阻值實現。
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為了優化柵極控制電阻，要求知道影響圖2中觀察到的“Vge bump”的各種外部因素交互。
“Vge bump”電平會因為下列A到D項描述的關系中的因素增大：
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因素C、D和E與工作條件相關。為了最小化穿通電流和產生的“Vge bump”，應該在最壞的C、D、E條件下考慮因素A和B。
圖3顯示如何通過調節柵極關斷速度將開關內波形優化到基本消除電流直通的點。總之，為了阻止或減少這種穿通問題，推薦采用幾種調節方法，如表1所示。圖3顯示通過減小Rg_off值的調節方法的實例。推薦采用其他 調節方法，最小化直通電流的效應，同時優化整體開關性能和效率。該表格總結了可以嘗試的調節方法、預期效應和可能缺點。建議嘗試各種調節方法，從而獲得能夠最大化效率同時最小化產生的直通電流和EMI的最佳情況。
圖3：通過減小Rg_off進行優化的實例
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