大功率IGBT中滤波电容如何选择与计算

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大功率IGBT中滤波电容如何选择与计算 [复制链接]

      由于IGBT类电源的特殊性，于一般的电源相比其中很多器件都会有相应的改动。滤波电容就是其中一个变动较大的器件。为了为大功率电源进行不间断的供电，滤波电容需要拥有较大的外接容量。那么这种电容应该如何进行设计呢？本文就将从几个不同的方面来进行介绍。
        第一、滤波电容的功能
        由于IGBT栅极的寄生电容比较大，栅极电压变化时就会需要很大的栅极充放电电流，而IGBT驱动器的功能就是放大驱动信号并提供这个电流。驱动电流来自 电源，但是普通电源的瞬间电流供电能力远无法达到IGBT驱动器的要求。因此这时就需要给电源输出端并联一个大电容提供这个瞬时的大电流。
        第二、滤波电容的要求
        由于IGBT驱动器瞬间驱动电流的大小决定了IGBT的栅极电压变化速度，因此IGBT的驱动电流决定了IGBT的开关速度。由于IGBT驱动器的驱动电 流由电源的滤波电容提供，因此滤波电容的瞬间供电能力决定了IGBT的开关性能。由于电容的内阻和寄生电感是阻碍电容瞬间供电能力的主要因素，因此对于电 源滤波电容的一个主要要求就是采用低内阻电容。
        需要指出的是，如果选择的电容内阻太高，在IGBT驱动器提供瞬间大电流的时候，滤波电容上会出现一个瞬间降低的电压。如果用示波器测试就会看到一个明显 的V型压降。这个电压会给电源造成频繁的瞬时的过载，严重降低电源及驱动器的可靠性及寿命。更严重的情况下还可能导致IGBT驱动器的驱动电路出现异常而 出现误动作。
        第三、滤波电容的选取
        滤波电容的要求是要选择低内阻电容，但是选取的时候还是有两点需要注意的地方：
        首先是滤波电容的容值选取。滤波电容并不是越大越好，一般选取时只要满足电压瞬降在100mV以内就可以了。如果选择大了，意味着更大的电容内阻，反而降 低驱动性能。如果选择小了意味着电压波动大，会影响电路性能。以金升阳的IGBT驱动器QC962为例，该驱动器的额定驱动电流为5A。一般驱动时间在 1uS以内。这时根据UC=IT计算只降低100mV电压的电容为50uF。考虑电容内阻影响，选择两倍余量一般不需要超过100uF。
        其次需要选择合适的电容方案。一般大电容都选择电解电容。由于电解电容工作原理的原因，即使低内阻电解电容的内阻也会比较大。这时可以选择陶瓷电容并联或 者使用钽电容。需要注意的是，钽电容的抗过应力能力差，在IGBT驱动器这种弱电控制强电的应用中容易产生意外的过应力，因此需要慎重使用。
        这里给大家推荐一种比较经济有效的电容方案。在电源输出端并联电解电容以后再并联一个低内阻的陶瓷电容。电解电容保证了电源输出电压基本维持稳定，抑制了 驱动电流导致的电压变化平台。陶瓷电容则抑制了由于电解电容内阻导致的瞬间电压下降尖峰。低成本的普通电解电容和陶瓷电容搭配使用可以达到良好的高低频滤 波效果。需要注意的是，这种应用中一般需要将电解电容取值设计为计算值，而低内阻的陶瓷电容则根据电流大小和电解电容的内阻选择，一般只要10uF以内即 可。
        电容值计算方法：C=It/U。如果IGBT的开通时间非常短，比如100ns级，则C=0.1V/5A/0.1US=0.2μF。
        计算出的电容为5uF。100nS级的开关速度一般MOS管或者小功率IGBT才能达到。由于开关过程中的栅极充放电荷很少，因此只需要较小的电容就能达 到滤波效果。UC=IT是电荷的等价计算。需要指出的是，1uS的开关时间是一个计算的经验值，对于5A的IGBT驱动器可以直接用这个时间计算。
        以上就是在大功率IGBT电源中滤波电容的计算方法，由于IGBT电源大多是大功率的模式下工作，因此很多参数和计算方法与传统的电源并不相同，因此很多参数需要重新进行计算。希望大家在阅读过本文之后能够对IGBT当中的滤波电容有进一步的了解。