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ZHCABN2 February 2022 UCC14240-Q1

3.3 确定所需偏置电源

一旦确定了偏置架构，设计偏置电源的第一步就是根据 IGBT 或 SiC 功率模块的栅极电荷 Q_G 确定所需的功率。表 3-1 重点介绍了 1.2kV IGBT 和 1.2kV SiC 两个模块的一些关键参数比较。

表 3-1 IGBT 与 SiC 参数比较

	V_CE，V_DS (V)	I_C，I_D (A)	V_GE，V_GS (V)	V_GE/S(th)，(V)	Q_G (µC)
6 组 IGBT	1200	380	-8/15	5.2	1.75
6 组 SiC	1200	400	-5/15	3.25	1.32

已知 Q_G、V_GE(ON)、V_GE(OFF) 和开关频率 F_SW，动态开关所需的功率可根据Equation1 计算。

Equation1.

P_{S W} = Q_{G} \times (V_{G E / S (O N)} - V_{G E / S (O F F)}) \times F_{s W}

还需要功率来支持总偏置电压和栅极驱动静态电流 I_Q 的乘积。给定驱动器的静态电流可以从制造商的数据表中获得。一些栅极驱动器 IC 数据表分别指定 I_{Q_VDD} 和 I_{Q_VEE}，而其他数据表只指定 I_{Q_VDD}。计算静态功率时，应使用较大的 I_Q 值，功率可根据Equation2 计算得出。

Equation2.

P_{I Q} = (V_{G E / S (O N)} - V_{G E / S (O F F)}) \times I_{Q}

然后，所需的总偏置功率通过以下公式算出：

Equation3.

P_{B I A S} = P_{S W} + P_{I Q}

为便于比较，假设 IGBT 和 SiC 使用的是 UCC21732-Q1 等栅极驱动器。根据 UCC21732-Q1 数据表，计算得出的最大 I_{Q_VDD} 为 5.9mA。如果两者都在 20kHz 下工作，并在 Q_G 整个 QG 范围内切换，则表 3-1 中列出的每个模块所需的栅极驱动偏置功率可由Equation4 和Equation5 来计算，结果如下：

Equation4.

P_{B I A S (I G B T)} = (15 V - (- 8 V)) \times [(1.75 μ C \times 20 k H z) + 5.9 m A)] = 941 m W

Equation5.

P_{B I A S (S i C)} = (15 V - (- 5 V)) \times [(1.32 μ C \times 20 k H z) + 5.9 m A)] = 646 m W

除了从 SiC 模块获得的众所周知的动态开关和热优势之外，与类似的额定 IGBT 模块相比，其较低的栅极电荷和 ΔV_GS 还提供了一个不太受认可的次要优势，即所需的偏置功率降低了 31.4%。