在电力
电子领域，绝缘栅双极型
晶体管（IGBT）作为一种重要的电力
开关器件，其工作常态是不断地进行开关动作。在这一过程中，IGBT 的动态参数显得尤为重要，它们直接影响着 IGBT 的性能和应用效果。接下来，我们将详细解析 IGBT 的关键动态参数。
IGBT 的重要动态参数包括栅极电阻（内部 + 外部）、栅极电容、寄生电容、充电电荷、开关时间等。其中，开关时间是开关特性的重要表征。
栅极电阻 栅极电阻包含外部栅极电阻 RGext 和内部栅极电阻 RGint。门极总栅极电阻 RGtot 等于内部栅极电阻 RGint 与外部栅极电阻 RGext 之和，即 RGtot = RGint + RGext。
IGBT 理论驱动峰值电流与栅极电阻密切相关。在大电流 IGBT 中，内部会集成一些芯片，每个芯片都有单独的栅极电阻，RGint 是这些栅极电阻并联之后的值。集成内部栅极电阻的作用是为了实现模块内部 IGBT 芯片的均流，这种思路在做单管并联方案时也非常实用。
外部栅极电阻 RGext 的大小设置通常由工程师根据具体需求进行调整。它包含开通电阻 Rgon 和关断电阻 Rgoff，一般在设计时通过不同的充放电回路来设置不同的 Rgon 和 Rgoff。栅极电阻对 IGBT 的开关性能影响较大，在调整该值时，除了进行理论计算外，工程师还会结合双脉冲试验的测试数据来验证并调整，以达到较好的开关效果。
的 Rgon（开通电阻）由开通的 di/dt 限制，的 Rgoff（关断电阻）由关断 dv/dt 限制。过小的栅极电阻可能会导致震荡，甚至造成 IGBT 或
二极管的损坏。
栅极电阻的大小会影响开关速度，也就是后续要介绍的开通关断时间，进而影响 IGBT 的开关损耗。从规格书中可以看出，开通损耗受栅极电阻的影响更大。同理，反向恢复损耗受开通电阻的影响也可以在规格书中查到。
寄生电容 IGBT 的寄生电容是芯片内部结构的固有特性，它对 IGBT 的动态性能有着重要影响。理解寄生电容有助于更好地掌握 IGBT 开关过程中栅极驱动电压的变化过程。
为了便于理解，我们可以通过简化示意图来进行分析。首先对相关电容进行命名：反馈电容又称米勒电容。输入电容、输出电容也各自有着不同的作用。
输入电容 Cies 和米勒电容 Cres 对栅极的驱动特性影响较大。其中，米勒电容是驱动电压 Vge 米勒平台的主要成因。此外，由于米勒电容的存在，IGBT 的驱动电路往往需要设置米勒嵌位，以防止因米勒电容动态过程造成的上下管直通。
输出电容 Coss 则限制开关过程中的 dv/dt，其造成的损耗一般可忽略。在规格书中，我们可以找到上述寄生电容的示例数据。
【注】米勒钳位：在 IGBT 半桥中，当上半桥 IGBT_H 导通时，下半桥 IGBT_L 的集电极 - 发射极之间电压 VCE_L 迅速上升，下半桥 IGBT_L 的集电极 - 门极之间的米勒电容会产生一个瞬间电流 icg = Ccg x dVcg /dt，电流给下桥 IGBT 门极充电，抬升门极电压，可能造成误导通。因此，需要嵌位电路把该电压嵌下去，防止误导通。一般车规级驱动 IC 均有该功能。
栅极电荷 开通时，门极电压抬升至目标值所需要的充电电荷，关断则反向理解。平均栅极驱动功率可通过栅极电荷 QG、驱动电压和开关频率计算获取。
实际设计中的栅极电荷不一定是规格书给定的值，它依赖于栅极电压的摆动幅度。为了帮助我们获取实际栅极电荷，规格书贴心地给出了栅极电荷与栅极电压之间的曲线作为参考。
当栅极电压选定后，我们就可以确定电荷值，再结合开关频率，就能够轻松计算出平均栅极驱动功率。
开关参数 IGBT 的开关参数包括开通延时时间 td on、电流上升时间 tr、关断延时时间 td off、电流下降时间 tf、开通损耗 Eon 和关断损耗 Eoff。
开通延时时间 td on 是指开通时，栅极电压的 10% 开始到集电极电流上升至开通值的 10% 为止的时间；电流上升时间 tr 是指开通时，集电极电流从 10% 上升至终值的 90% 为止的时间；关断延时时间 td off 是指关断时，栅极电压下降至其开通值的 90% 开始到集电极电流下降到开通值的 90% 为止的时间；电流下降时间 tf 是指关断时，集电极电流从开通值的 90% 下降到 10% 之间的时间。
单个脉冲的开关损耗可通过相关公式算出，在双脉冲试验中，部分有积分功能的
示波器可以测得单个脉冲的开关损耗。需要注意的是，规格书上给出的开关损耗仅供参考，实际应用中的开关损耗强烈依赖于应用条件，例如栅极电阻、驱动电路、芯片结温、母线电压及集电极电流等。因此，工程师一般会通过实际测试获取应用中的开关损耗。
此外，上述几个时间参数可用来计算参考死区时间。在常用的半桥拓扑电路中，为了防止切换时上下桥直通，一般会设置合适的死区时间。计算公式参考相关内容，但此公式没有把 tr 和 tf 考虑进去，原因是一般它们相对于 td on 和 td off 小很多，实际计算应以实际测试的时间参数为准。
综上所述，深入了解 IGBT 的动态参数对于优化 IGBT 的性能、提高电力电子系统的稳定性和可靠性具有重要意义。工程师在实际应用中需要综合考虑各个参数的影响，通过合理的设计和测试，确保 IGBT 能够在不同的工作条件下稳定、高效地运行。
