正弦交流电电路中电阻有何作用?IGBT电路中栅极电阻的选取规则及工作原理
正弦交流电电路中电阻有何作用?电阻元件两端的电压与通过它的电流之间关系受欧姆定律约束 。当正弦电流流过电阻R时,如图所示,选定电压与电流的参考方向一致,则根据欧姆定律有:
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若选电流i为参考正弦量,则
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,代入上式有:
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【正弦交流电电路中电阻有何作用?IGBT电路中栅极电阻的选取规则及工作原理】电流与电压的波形示于图中 。由上可见,当流过
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电阻的电流为正弦函数时,电阻上的电压是与电流同频率的正弦量 。电流与电压同相位,它们的有效值也服从欧姆定律,即:
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如果用相量形式来表示,则有
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上式是复数形式的欧姆定律表达式 。该式同时表述了电阻元件上,正弦电压与电流之间的相位关系和有效值关系 。根据式可画出电压、电流的相量图,如图所示 。
IGBT电路中栅极电阻的选取规则及工作原理一、栅极电阻Rg的作用
1、消除栅极振荡
绝缘栅器件(IGBT、MOSFET)的栅射(或栅源)极之间是容性结构,栅极回路的寄生电感又是不可避免的,如果没有栅极电阻,那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡,因此必须串联一个电阻加以迅速衰减 。
2、转移驱动器的功率损耗
电容电感都是无功元件,如果没有栅极电阻,驱动功率就将绝大部分消耗在驱动器内部的输出管上,使其温度上升很多 。
3、调节功率开关器件的通断速度
栅极电阻小,开关器件通断快,开关损耗小;反之则慢,同时开关损耗大 。但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高,从而产生较大的干扰,严重的将使整个装置无法工作,因此必须统筹兼顾 。
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二、栅极电阻的选取
1、栅极电阻阻值的确定
各种不同的考虑下,栅极电阻的选取会有很大的差异 。初试可如下选取:
不同品牌的IGBT模块可能有各自的特定要求,可在其参数手册的推荐值附近调试 。
2、栅极电阻功率的确定
栅极电阻的功率由IGBT栅极驱动的功率决定,一般来说栅极电阻的总功率应至少是栅极驱动功率的2倍 。
IGBT栅极驱动功率 P=FUQ,其中:
F 为工作频率;
U 为驱动输出电压的峰峰值;
Q 为栅极电荷,可参考IGBT模块参数手册 。
例如,常见IGBT驱动器(如TX-KA101)输出正电压15V,负电压-9V,则U=24V,
假设 F=10KHz,Q=2.8uC
可计算出 P=0.67w,栅极电阻应选取2W电阻,或2个1W电阻并联 。
三、设置栅极电阻的其他注意事项
1、尽量减小栅极回路的电感阻抗,具体的措施有:
a) 驱动器靠近IGBT减小引线长度;
b) 驱动的栅射极引线绞合,并且不要用过粗的线;
c) 线路板上的 2 根驱动线的距离尽量靠近;
d) 栅极电阻使用无感电阻;
e) 如果是有感电阻,可以用几个并联以减小电感 。
2、IGBT 开通和关断选取不同的栅极电阻
通常为达到更好的驱动效果,IGBT开通和关断可以采取不同的驱动速度,分别选取 Rgon和Rgoff(也称 Rg+ 和 Rg- )往往是很必要的 。
IGBT驱动器有些是开通和关断分别输出控制,如落木源TX-KA101、TX-KA102等,只要分别接上Rgon和Rgoff就可以了 。
有些驱动器只有一个输出端,如落木源TX-K841L、TX-KA962F,这就要在原来的Rg 上再并联一个电阻和二极管的串联网络,用以调节2个方向的驱动速度 。
3、在IGBT的栅射极间接上Rge=10-100K 电阻,防止在未接驱动引线的情况下,偶然加主电高压,通过米勒电容烧毁IGBT 。落木源驱动板常见型号上(如:TX-DA962Dx、TX-DA102Dx)已经有Rge了,但考虑到上述因素,用户最好再在IGBT的栅射极或MOSFET栅源间加装Rge 。
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