如何选取IGBT栅极驱动源电流和灌电流?

栅极驱动源电流（IOL）和灌电流（IOH）的选取需根据电机启动电流的1.5-2倍计算，并保留足够裕量以确保驱动能力。以电机启动电流359mA为例，建议如下：

一、栅极驱动器介绍

1）为什么需要栅极驱动器？

栅极驱动器是低压控制器和高压电路之间的缓冲电路，用于放大控制器的控制信号，从而实现功率器件更有效的导通和关断。

1.栅极驱动器的作用总结如下：

1.将控制器的低压信号转化为更高电压的驱动信号，以实现功率器件稳定导通和关断。

2.栅极驱动器能提供瞬态的拉和灌电流，提高功率器件的开关速度，降低开关损耗。

3.驱动器能够有效隔绝高功率电路的噪声，防止敏感电路被干扰。

4. 通常驱动器集成了保护功能，有效防止功率器件损坏。

2）功率器件开关过程

栅极驱动是如何控制功率器件导通关断的呢？下面将详细介绍功率器件开关过程。功率器件存在等效的寄生电容，C_GS, C_GD，C_DS。功率器件的开关过程可以等效成对寄生电容的充放电过程。

1. 导通过程

对于导通过程，驱动芯片将输出经过内部拉电流MOS接到驱动电源，通过栅极电阻对C_GS充电和C_GD放电。

✓(t₀-t₁)阶段：栅极电流给 C_GS充电，V_GS电压逐渐增加。此时功率器件还处于完全关断状态。

✓(t₁-t₂)阶段：V_GS电压升高到大于栅极阈值电压V_th，功率器件开始导通，I_DS电流随着V_GS升高而增加直到最大值。

✓(t2-t3)阶段：属于Miller平台期间，栅极电流主要给C_GD放电，V_DS电压开始降低。器件进入完全导通状态。

✓(t3-t4)阶段：栅极电流继续给C_GS充电， V_GS逐渐上升到电源电压，栅极电流降低为零，导通过程结束，其中，功率器件的导通损耗主要发生在t1-t3阶段。

2. 关断过程

对于关断过程，驱动芯片将输出经过内部灌电流MOS接到GND，通过栅极电阻对C_GS放电和对C_GD充电。

✓(t₀-t₁)阶段：栅极电流主要给 C_GS放电，V_GS电压逐渐减小。

✓(t₁-t₂)阶段：属于Miller平台期间，栅极电流主要给C_GD充电，同时V_DS电压开始上升，当电压达到V_DC后，Miller平台结束。

✓(t2-t3)阶段：I_DS电流开始降低，当V_GS降低至V_th时，I_DS降为零，功率器件完全关断。

✓(t3-t4)阶段：栅极电流继续给C_GS放电，V_GS电压最终降低为零。关断过程结束。

✓功率器件的关断损耗主要发生在t1-t3

综上可知，缩减t1-t3阶段时间，能够有效降低功率器件的开关损耗。

3）常见的三种驱动芯片介绍

目前常用的驱动芯片有三种，分别是非隔离低边驱动，非隔离半桥驱动，隔离驱动。

1. 对于非隔离低边驱动，只能用于参考是GND的功率器件，可以实现双通道或单通道驱动。非隔离驱动应用比较简单，只需要单电源供电即可。主要用于低压系统中，如AC/DC、电动工具，低压DC/DC等。目前纳芯微有非隔离低边驱动芯片NSD1026V和NSD1015等。

图二：非隔离低边驱动功能框图

2. 非隔离半桥驱动用于带半桥的功率系统中。高低边的耐压通常采用电平转换或隔离，耐压在200V-600V范围。为了防止出现桥臂直通，半桥驱动都带有互锁功能。在系统应用中，通常采用单电源加自举供电，主要应用在低压或高压系统中，如AC/DC、电机驱动，车载DC/DC等。目前纳芯微有半桥驱动芯片NSD1624，NSD1224等。

图三：非隔离半桥驱动功能框图

3. 隔离驱动，通过内部隔离带，将高压和低压进行物理隔离。隔离驱动应用灵活，有单通道和双通道隔离驱动，可以用于低边，高边或半桥应用等。为了在系统中实现原副边隔离，高压侧需要采用隔离电源供电，供电系统相对复杂。隔离驱动主要用于高压系统中，如电驱，光伏逆变器，OBC等。目前纳芯微有双通道隔离驱动NSI6602，单通道隔离驱动NSI6601/NSI6601M，光耦兼容的隔离单管驱动NSI6801，智能隔离驱动NSI6611/NSI68515等。

图四：隔离驱动功能框图

参数计算

• ‌IOL‌：≥1.5×359mA≈538mA，建议取≥700mA（70%裕量）
• ‌IOH‌：≥1.5×359mA≈538mA，建议取≥700mA（70%裕量） ‌1

实际应用建议

• 选择驱动芯片时，需确保其标称最大电流（如2A、3A）高于计算值，并考虑散热和保护电路设计。 ‌1
• 若驱动碳化硅MOSFET等高功率器件，需进一步增加裕量（如1A以上）以应对瞬态电流冲击。 ‌2

注意事项

• 栅极电阻会影响实际电流需求，串联电阻值需根据器件特性调整。 ‌34
• 峰值电流（Ipeak）需结合栅极电阻计算，通常比平均电流更高。 ‌