IGBT基礎知識、參數特性、驅動電路總結

IGBT——絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，顧名思義，是由 BJT(雙極結型晶體三極管) 和 MOS(絕緣柵型場效應管) 組成的復合型功率半導體器件,兼有MOS管的高輸入阻抗和晶體管的低導通壓降兩方面的優(yōu)點，因此非常適用于高電壓、大電流的應用場合(頻率不如MOS管)。

IGBT符號及等效電路

1.IGBT的基礎知識

IGBT是電壓控制型器件，它只有開關特性(通和斷兩種狀態(tài))，沒有放大特性。由IGBT等效電路可知，它是以晶體管為主導元件，以MOS管為驅動元件的達林頓結構。當柵極電壓Uge達到開啟電壓，IGBT導通，當Uge=0或者負電壓時(負電壓作用：可靠關斷)，IGBT斷開。

常見的有IGBT單管和IGBT模塊兩種結構。

IGBT模塊實物圖

晶體管、MOS管、IGBT比較

2.IGBT主要參數

士蘭微某款IGBT規(guī)格書

士蘭微某款IGBT規(guī)格書

①集電極—射極電壓(VCE)：截止狀態(tài)下集電極與發(fā)射極之間能夠承受的最大電壓。

②柵極—射極電壓(Vge)：柵極與發(fā)射極之間允許施加的最大電壓，通常為±20V。柵極的電壓信號控制IGBT的導通和關斷，其電壓不可超過Vge值。

③集電極電流(IC)：IGBT在飽和導通狀態(tài)下，允許持續(xù)通過的最大電流。

④飽和壓降Vce(sat):IGBT在飽和導通狀態(tài)下，集電極與發(fā)射極之間的壓降。該值越小，則管子工作時的功率損耗越小。

⑤開關時間：它包括導通時間ton和關系時間toff。導通時間ton又包含導通延遲時間td和上升時間tr。關斷時間toff又包含關斷延遲時間td和下降時間tf。

3.IGBT驅動電路

由于功率 IGBT 在電力電子設備中多用于高壓場合，所以驅動電路必須與整個控制電路在電位上完全隔離，主要的途徑及其優(yōu)缺點如下表所示。

驅動電路與控制電路隔離的途徑及優(yōu)缺點

脈沖變壓器驅動電路

說明：V1 ～ V4 組成脈沖變壓器一次側驅動電路，通過控制 V1 、 V4 和 V2 、 V3 的輪流導通，將驅動脈沖加至變壓器的一次側，二次側通過電阻 R1 與 IGBT5 柵極相連， R1 、 R2 防止 IGBT5 柵極開路并提供充放電回路， R1 上并聯(lián)的二極管為加速二極管，用以提高 IGBT5 的開關速度，穩(wěn)壓二極管 VS1 、 VS2 的作用是限制加在 IGBT5g-e 端的電壓，避免過高的柵射電壓擊穿柵極。柵射電壓一般不應超過 20 V 。

光耦驅動電路

說明：由于 IGBT 是高速器件，所選用的光耦必須是小延時的高速型光耦，由 PWM 控制器輸出的方波信號加在三極管 V1 的基極， V1 驅動光耦將脈沖傳遞至整形放大電路 IC1 ，經 IC1 放大后驅動由 V2 、 V3 組成的對管 (V2 、 V3 應選擇β >100 的開關管 ) 。對管的輸出經電阻 R1 驅動 IGBT4 ， R3 為柵射結保護電阻， R2 與穩(wěn)壓管 VS1 構成負偏壓產生電路， VS1 通常選用 1 W/5.1 V 的穩(wěn)壓管。此電路的特點是只用 1 組供電就能輸出正負驅動脈沖，使電路比較簡潔。

IGBT模塊驅動典型電路

說明：應用成品驅動模塊電路來驅動 IGBT ，具備過流軟關斷、高速光耦隔離、欠壓鎖定、故障信號輸出等功能。由于這類模塊具有保護功能完善、免調試、可靠性高的優(yōu)點，所以應用這類模塊驅動 IGBT 可以縮短產品開發(fā)周期，提高產品可靠性。

審核編輯：湯梓紅