1、IGBT工作原理和工作特性IGBT的開(kāi)關(guān)是添加正向柵極電壓形成溝，為PNP晶體管提供基準(zhǔn)電流，使IGBT通過(guò)。相反，加上逆門(mén)極電壓就消除了溝，逆基極電流流動(dòng)，IGBT關(guān)閉。IGBT的驅(qū)動(dòng)方法與MOSFET幾乎相同。由于只需要控制輸入極N通道MOSFET，因此輸入阻抗特性很高。形成MOSFET的溝后，通過(guò)電導(dǎo)調(diào)制從P基注入N 1層的孔(器件)牙齒N 1層，減少N 1層的電阻，使IGBT在高電壓下也具有低通態(tài)電壓。IGBT的操作特性包括靜態(tài)類(lèi)別和動(dòng)態(tài)類(lèi)別。1.靜態(tài)特性IGBT的靜態(tài)特性主要是伏安特性、傳輸特性和開(kāi)關(guān)特性。IGBT的伏安特性是使用柵源電壓Ugs作為參考變量時(shí)泄漏電流和柵電壓之間的關(guān)系

2、曲線(xiàn)。輸出泄漏電流由柵源電壓Ugs控制，Ugs越高，Id越大。類(lèi)似于GTR的輸出特性。也可以分為飽和區(qū)域1、放大區(qū)域2和穿透特性3部分。在處于截止?fàn)顟B(tài)的IGBT中，正向電壓由J2結(jié)承擔(dān)，反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。如果沒(méi)有N緩沖區(qū)，正向阻塞電壓可以處于相同的級(jí)別，添加N緩沖區(qū)后，逆阻塞電壓只能達(dá)到幾十伏的級(jí)別，從而限制了IGBT的某些復(fù)蓋范圍。IGBT的傳輸特性是輸出泄漏電流Id和柵源電壓Ugs之間的關(guān)系曲線(xiàn)。與MOSFET的傳輸特性相同，如果柵極源電壓小于On電壓Ugs(th)，則IGBT關(guān)閉。在IGBT傳導(dǎo)后的大部分泄漏電流范圍內(nèi)，Id與Ugs具有線(xiàn)性關(guān)系。最大柵源電壓受最大泄漏電流限制，最佳值

3、通常約為15V。IGBT的開(kāi)關(guān)特性表示泄漏電流和泄漏源電壓之間的關(guān)系。當(dāng)IGBT處于傳導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，由于PNP晶體管是寬基準(zhǔn)晶體管，因此B值非常低。等效電路是達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但通過(guò)MOSFET的電流成為IGBT總電流的主要部分。在牙齒時(shí)，一般電壓Uds(on)可以表示為Uds (on)=uj1 udr idroh (2-14)Uj1 JI接頭的正向電壓(0.7到IV值)。Udr 擴(kuò)展電阻Rdr的壓降；羅通道電阻。正常電流Ids可以表示為：Ids=(1 bpnp) imos (2-15)Imos 是通過(guò)MOSFET傳輸?shù)碾娏?。n區(qū)具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，因此IGBT的通泰壓降較小，耐壓1000V的IGBT通泰

4、壓降低到2 3V。當(dāng)IGBT處于休眠狀態(tài)時(shí)，只存在很小的泄漏電流。2.動(dòng)態(tài)特性IGBT在開(kāi)通過(guò)程中大部分作用于MOSFET，但在泄漏源電壓Uds下降過(guò)程的后期，PNP晶體管道從擴(kuò)大到飽和，增加了延遲時(shí)間。Td(開(kāi))是開(kāi)通延遲時(shí)間，tri是電流上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常提供的泄漏電流開(kāi)通時(shí)間ton是td(on)tri的總和。泄漏源電壓的下降時(shí)間由tfe1和tfe2組成，如圖2-58所示在IGBT關(guān)閉的過(guò)程中，泄漏電流的波形變成兩段。MOSFET牙齒關(guān)閉后，PNP晶體管的存儲(chǔ)電荷難以快速消除，泄漏電流是長(zhǎng)尾時(shí)間，td(關(guān)閉)是關(guān)閉延遲時(shí)間，trv是電壓Uds(f)的上升時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常提供的泄

5、漏電流的下降時(shí)間Tf由圖2-59的t(f1)和t(f2)兩部分組成，泄漏電流的切斷時(shí)間由圖2-59的T (F1)和T (F2)組成。T (off)=TD (off) trv1t (f) (2-16)表達(dá)式中td(關(guān)閉)和trv的和有時(shí)稱(chēng)為存儲(chǔ)時(shí)間。IGBT驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)技術(shù)1.IGBT的驅(qū)動(dòng)條件與IGBT的特性密切相關(guān)。設(shè)計(jì)閘驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，要特別注意開(kāi)路特性、負(fù)載短路容量、DUDS/DT引起的故障觸發(fā)等。正偏置電壓Uge增加，正常電壓降低，開(kāi)通能量Eon也分別如圖2-62A和B所示。如圖所示，如果10 Uge是固定的，則傳導(dǎo)電壓會(huì)隨著漏水電流的增加而增加，開(kāi)通損失會(huì)隨著結(jié)溫的上升而增加。負(fù)偏置電壓

6、Uge直接影響IGBT的可靠運(yùn)行，隨著負(fù)偏置電壓的增加，泄漏浪涌電流明顯減少，對(duì)電力阻塞沒(méi)有太大影響。-UGE與集電極浪涌電流和截止能量Eoff的關(guān)系如圖2-63A和B所示。柵阻Rg增加時(shí)，IGBT的開(kāi)通和阻塞時(shí)間增加。這使得開(kāi)通和關(guān)機(jī)的能源消耗都增加了。門(mén)極電阻降低可能會(huì)增加di/dt，從而誤導(dǎo)IGBT，增加Rg的損失。具體關(guān)系如圖2-64所示。如上所述，IGBT的特性隨門(mén)板驅(qū)動(dòng)條件的變化而變化，就像雙極晶體管的開(kāi)關(guān)特性和安全工作空間隨基座驅(qū)動(dòng)而變化一樣。但是，IGBT的所有屬性不能同時(shí)優(yōu)化。雙極晶體管的開(kāi)關(guān)特性取決于基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)條件(Ib1、Ib2)。但是，對(duì)于IGBT，如圖2-63和圖2-6

7、4所示，門(mén)極驅(qū)動(dòng)條件僅對(duì)阻擋特性有輕微影響。因此，應(yīng)更加注意IGBT的開(kāi)通、短路負(fù)荷容量。驅(qū)動(dòng)電路的要求可概括如下：L) IGBT和MOSFET都具有2.5到5V的閾值電壓，并且具有容量輸入阻抗，因此IGBT對(duì)柵極電荷非常敏感，因此驅(qū)動(dòng)電路必須非常穩(wěn)定。低電阻值放電電路，即驅(qū)動(dòng)電路和IGBT之間的連接應(yīng)盡可能短。2)用內(nèi)部電阻較小的驅(qū)動(dòng)源填充柵極電容，以確保柵極控制電壓Uge足夠陡，前后陡，從而最大限度地減少I(mǎi)GBT的開(kāi)關(guān)損耗。此外，IGBT開(kāi)通后，柵極驅(qū)動(dòng)器源必須能夠提供足夠的功率，以使IGBT在不超出飽和的情況下?lián)p壞。3)驅(qū)動(dòng)電路必須能傳送數(shù)十kHz的脈沖信號(hào)。4)驅(qū)動(dòng)級(jí)1uge也必須綜合考慮。增加Uge會(huì)降低IGBT通風(fēng)壓力降和開(kāi)通損失，但在負(fù)載短路時(shí)增加Ic會(huì)減少I(mǎi)GBT承受短路電流的時(shí)間，對(duì)安全不利，因此在具有短路過(guò)程的設(shè)備上，應(yīng)選擇較小的UGE。通常，選擇12-15V。5)封閉過(guò)程中，要盡快提取PNP管道的存儲(chǔ)電荷，必須施加負(fù)偏置Uge，但接受IGBT的G，E之間的最大逆內(nèi)壓限制，通常為-1V-10V。6)在大型電感負(fù)載下，IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)間太短，無(wú)法限制di/dt形成的最高電壓，也無(wú)法保證IGBT的安全。7) IGBT常用于電力電子設(shè)備中的高壓情況，因此驅(qū)動(dòng)電路和控制電路必須電位嚴(yán)格隔離。8) IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單實(shí)用，最好具有對(duì)IGBT的保