盘点IGBT驱动优化方法！
驱动优化的目的
这一点非常重要，不明白优化目标，乱改一通，非常没有目的性；
看一看，作为一个电流的开关，咱要追求它的什么特性，简单罗列一下，有哪些
举个例子，假如你就是想要抑制关断电压尖峰，那除了优化杂散电感外，就从关断di/dt上下手，至于怎么控制di/dt，别急，后边很详细
优化之后，再回过头来看有没有影响其它关键性能，或者其它关键性能可做多少取舍，如牺牲多少开关损耗之类。这样，调节的方向就很明确，鸡腿也越来越近
说白了，无论你准求什么目标，其实都是在控制di/dt和dv/dt
驱动的底层逻辑
这部分非常朴实无华且枯燥
但是看懂了，理解后边的方法会非常容易
首先，作为场控器件，IGBT的驱动是输入电容充放电的过程
也就是给Cge\Cgc充放电
简单铺垫一下：
Cge和Coxd为氧化层电容，与栅极电压和集电极电压无关;
Cdep和Cce是IGBT开关暂态耗尽层空间电荷作用的结果，因此与Vce密切相关
Cgc=Cdep Coxd又叫米勒电容
关键来了，以开通过程为例：
t0-t1：开通延迟，驱动电流Ig，不断给Cge充电，由于Vce还没有下降，米勒电容的大小取决于Cdep（电容串联，容值取决于小的哪个，类似于电阻并联，Cdep的大小随Vce增大而减小）Cdep相对于Cge非常小，因此主要给Vge充电
t1-t2：Vge达到Vgeth，电流上升，由于di/dt和杂散电感的影响，Vce会有一个缺口；门极主要还是给Cge充电，道理同上，t2时刻由于反向恢复电流的峰值，Vge会出现一个小尖峰Vge pk
gm是IGBT的跨导
t2-t3：米勒平台,二极管结束反向恢复，开始承受反向压降，IGBT的Vce迅速下降，此时Cdep变大，米勒电容变大，相对于Cge量级相当，于是开始给米勒电容充电，Vge不再上升，形成米勒平台
t3-t4：继续给Cge//Cgc充电，直至达到驱动电路的正偏置电压VCC，门极驱动电流呈指数衰减
总结：把过程分为四个部分，优化哪部分的参数，看该部分的特性就行
（又来举例子，你要优化开通di/dt，那就瞄准t1-t2阶段，这段Vge受啥影响，驱动电流和Cge,逻辑就是这么简单）
优化方法
说完原理就是实操了
这就是内功心法不变，招式千变万化，注意看，说不定你未来的专利就在这里头
如何控制di/dt和dv/dt?
控制di/dt、dv/dt——>控制Vge波形
Vge的影响因素有几个呢？列出来：
偏置电压VCC、驱动电阻R、二者决定驱动电流
栅极射极电容Cge和米勒电容Cgc
于是，改来改去无外乎更改上述几个参数，而且是变着花样改
总的来说，分为开环和闭环两种方式：
开环：（改电阻、改输入电容、分级驱动、高频方波驱动）
闭环：（闭环di/dt、dv/dt控制，有源嵌位、参考波形给定）
1d
改电阻
工程上最直观最常用、通常理解增大关断电阻，可减小di/dt，因此降低关断电压尖峰，但增加关断损耗。
最新的沟槽栅场终止型IGBT，关断电压尖峰并非与驱动电阻成单纯线性关系，反而在比较小的范围内，电压尖峰随着驱动电阻的增大而增大
调试的朋友遇到这种诡异的问题不要奇怪啦
2
改电容
增加Cge降低di/dt，增加Cgc降低dv/dt，简单而直观，易实现
缺点：增加开关损耗，增大米勒电容增加直通风险
3
分级驱动
把关断分为不同阶段，每个阶段采用不同的
电阻、电流、电压
类似于下边这种，可变驱动电阻阵列，实现不同阶段可变驱动电阻：
或者这种，分阶段采用不同的驱动电流或驱动电压
（t0-t1驱动电流大点，减小开通延迟，t1-t2小点，增大di/dt，t2之后大点，缩短米勒平台）
目前车规级驱动芯片普遍使用的两级关断也是这个思想
优点：电路相对简单
缺点：控制离散化，不能精准控制
4
高频方波
由于开关损耗较大，汽车应用见不到，感兴趣的同学查阅论文
5
参考波形给定
第一类：给定Vge，使用前馈或者反馈的方式控制Vge的轨迹，类似于下图
第二类：给定Vce，类似于下图
第三类：给定di/dt、dv/dt
看起来是不是很厉害，但是电路很复杂，时滞高，工程上的应用其实并不多
上图这么复杂是为了实现关断过程的分段控制，下图虚线前后分开，前边控制di/dt，后边控制dv/dt
于是，这种方法的特点就是
优点：参考波形简单
缺点：电路复杂
6
有源嵌位法
相必大家非常熟悉，最常用，本质上是负反馈，Vce过压击穿TVS，使Vge拉升延缓关断速度
优点：电路简单，响应迅速，应用广泛
缺点：TVS频繁动作会发热，影响寿命；TVS耐压限制IGBT阻断电压
因此，该方法应用时，尽量让它短时间工作
7
关断尖峰吸收电路
工业上应用很多，吸收电路本身的散热和占用的空间是个问题，它的原理也很简单，百度可得
结
这部分的内容在整理的过程中，颇有感悟
调驱动的过程中，面临着各种取舍和权衡
像人生一样，一直在取舍
追求优化
鱼和熊掌怎么兼得呢
那只能提升硬实力
用更先进的芯片
训练更高效的大脑
——完——
参考：
大功率IGBT变流装置电磁瞬态分析及智能驱动研究 耿程飞
Closed-Loop di/dt and dv/dt IGBT Gate Drive Concepts Y. Lobsiger, J. W. Kolar
峰会推荐
2021APS第九届国际汽车动力系统峰会
暨三合一电驱系统市场与技术高峰论坛
The 2021APS 9th International Automotive Powertrain Summit and 3-in-1 eDrive Systems Market and technology Summit Forum
APS
峰/会/议/程
Agenda
—2021年8月12日上午—
August 12, 2021 AM
集成式电驱系统市场与技术
Integrated electric drive system market and technology
· 集成式电驱系统的发展现状分析
——陆利华，吉利汽车研究院（宁波）有限公司电驱研发部部长
Analysis of the development status of integrated electric drive system
——Geely
· 商用车电驱动系统构型分析
——朱涛，（宇通）郑州智驱科技有限公司总经理
Configuration Analysis of Commercial Vehicle Electric Drive System
——EWEA-TECH（Yutong）
· 轮毂电机驱动系统技术分析
——赵春来，东风公司技术中心前瞻研究中心高能研发总监
Technicalanalysis of in-wheel motor drive system
——DFM
· 集成电驱系统的关键创新技术
——顾杰，合肥巨一动力系统有限公司总经理助理/上海公司常务副总
The key innovative technology of Integrated electric drive system
——JEE
整体后充磁检测技术在集成电驱系统中的应用
——佐佐木俊一，麦格雷博电子（深圳）有限公司创始人/副董事长/国际知名磁能技术专家
Application of Integral Post Magnetization Testing Technology in Integrated Electric Drive System
——Magnet Laboratories Co.,Ltd
· 创新薄层定转子的粘接和密封技术
——齐力志，爱尔铃克铃尔市场销售部业务开发经理
EK Innovative Bonding and Sealing Technology for Thin Layer Rotor/Stator Stacks
——ElringKlinger
—2021年8月12日下午—
August 12, 2021 AM
800V系统市场与技术
800V system market and technology
· 800V高压电驱动系统的技术现状及趋势
——应红亮，上海电驱动股份有限公司电机研究院院长/电机设计总师
Technical status and trend of 800V system
——Shanghai Edrive
· 800V电机线材解决方案
——姜大伟，佳腾电业(赣州)有限公司副总
800V motor wire solution
—— Well Ascent
· 800V高效功率器件和解决方案
——黄兴，派恩杰半导体(杭州)有限公司总经理
800V high-efficiency power devices and solutions
——PN JUNCTION SEMICONDUCTOR
· 800V系统给绝缘材料带来的挑战
——吕晶，依索沃尔塔应用工程师
Challenges brought by 800V system to insulating materials
——ISOVOLTA AG
· 800V碳化硅逆变器技术
——曹彦飞，浙江大学博士
800V SiC Inverter technology
——Zhejiang University
·800V电驱动系统EMC问题设计与挑战
——顾捷，小鹏汽车电控高级总监
Design and Challenges of EMC Problems in 800V Electric Drive System
——XPeng Motors
—2021年8月13日上午—
August 13, 2021 AM
800V系统、三合一系统市场 技术
800V system、3-in-1 eDrive Systems market and technology
· 800V高压系统的优势
——邵长宏，北汽福田汽车股份有限公司工程研究院新能源研究院电力驱动所高压系统总工程师/电磁兼容技术委员会主任
Advantages of 800V system
——FOTON
· 800V碳化硅的电控设计、测试
——蒋县宏，华域电动技术中心软件设计经理
Design and test of 800V silicon carbide electric control
——HASCO
· 碳化硅衬底在三合一电驱系统中的应用
——曹祐铭，上海大革智能科技有限公司总经理
Application of SiC Wafer in 3-in-1 electric drive system
——Shanghai RevoDeve innovation Technology Co.,Ltd.
· 三合一电驱动系统的集成化设计研究
——孔庆波，小鹏汽车电驱系统副总监
Research on Integrated Design of 3-in-1 eDrive Systems
——XPeng Motors
· 三合一电驱系统的NVH测试方案
——廖宝剑，广东施泰德测控与自动化设备有限公司
NVH test plan of 3-in-1 electric drive system
——DTI-Asia
· 新能源商用车多动力源驱动系统技术分析
——王琳 ，凯博易控车辆科技（苏州）股份有限公司应用研究院院长
New energy commercial vehicle electric drive system market and technical analysis
——EKONTROL DRIVE
—2021年8月13日下午—
August 12, 2021 PM
三合一电驱动系统技术
3-in-1 eDrive Systems technology
· 三合一电驱系统关键技术分析
——马勒
Key Technology Analysis of 3-in-1 Electric Drive System
——MAHLE
· 永磁电驱系统热管理研究及趋势分析
——郭军朝，东风公司技术中心专家、高工
Analysis of multi-power source drive system technology for new energy commercial vehicles
——DFM
· Vehicle NVH Overview of EV with 3-in-1 Powertrain
——Paulo E. F. Padilha，NVH Consultant
新能源汽车三合一电驱系统NVH概述
——Paulo
· 新一代集成电驱动桥技术与可靠性测评方案
——罗远灿，苏州汇川联合动力系统有限公司研发技术部经理/技术专家委员会主任
A new generation of integrated electric drive axle technology and reliability evaluation plan
——Inovance Automotive
· 柔性测试助力三合一集成系统测试
——贾嘉，河北艾福亿维新能源科技有限公司高级项目经理
Flexible testing helps 3-in-1 eDrive Systems testing
——FEV China Co., Ltd
· 集成式电驱系统结构可靠性仿真计算方法与试验研究
——何联格，重庆理工大学/重庆青山工业有限责任公司联合培养博士后
Simulation Calculation Method and Experimental Research on Structural Reliability of Integrated Electric Drive System
——Chongqing University of Technology