摘要
中大功率IGBT驱动及串并联特性
应用研究
学科：信号与信息处理答辩日期：2003年3月
导师：孙强（教授）签字：
作者：陶健签字：
摘要
本文在分析了中大功率IGBT特性、工作原理及其驱动电路原理和要求的基础上，对EXB841、M57962AL、2SD315A等几种驱动电路的工作特性进行了比较。并针对用于轻合金表面防护处理的特种脉冲电源主功率开关器件驱动电路运行中存在的问题对驱动电路提出了功能改进和扩展方案，进行了实验调试，并成功地应用于不同功率容量IGBT模块的驱动，运行情况良好，提高了电源的可靠性。
针对电源设备的进一步功率扩容要求，采用IGBT模块串、并联运行方案。对并联模块的均流、同步触发、散热、布局、布线等问题进行了详细的分析和讨论，同时也讨论了串联模块的均压、驱动等问题，并用仿真电路对串并联模块的工作特性进行了仿真分析。最后将IGBT串并联方案成功地应用于表面处理特种电源中，实际运行表明IGBT模块的串并联扩容是可行的。
关键词：IGBT，驱动，串联，并联
第二章功率开关器件IGBT特性及其驱动电路的要求
THE DRIVE CIRCUIT FOR NEW TYPE POWER IGBT AND STUDY OF SERIES AND PARALLEL OPERATION
Speciality: Signal & Information Processing Adviser: Sun Qiang (professor) Signature:
Author: Tao Jian Signature:
ABSTRACT
This article analyzed the work characteristic, function principle of power IGBT, the principle and the request of its drive and protection circuit. The characteristic, problem in use and additional function of several circuits such as EXB841, M57962AL and 2SD315A were particular discussed and analyzed. To solve problems of semiconductor drive circuit those exist in our special pulse power supply, improve on function was adopted. Those circuits were all applied properly in our power supply system, operated in good condition.
To further increase the output power of the power supply, we used IGBT modules in series and parallel connection, at the same time the voltage and current balance, synchronously trigger, cooling, placement and wiring of the series and parallel IGBT modules were discussed and analyzed. In addition, the series and parallel simulation circuit was study. Now the application of series and parallel technique used in our power system was approved effective.
KEYWORDS: IGBT， Drive， Series， Parallel
第一章概述
1.1 功率开关器件驱动、保护电路综述
功率开关器件在电力电子设备中占据核心的位置，它的可靠工作是整个装置正常运行的基本条件。[1]在主电路拓扑设计和功率开关器件选取合理的前提下，如何可靠地驱动和保护主开关器件显得十分关键。功率开关器件的驱动电路是主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要部分，对整个设备的性能有很大的影响，其作用是将控制回路输出的PWM脉冲放大到足以驱动功率开关器件。简而言之，驱动电路的基本任务就是将控制电路传来的信号，转换为加在器件控制端和公共端之间的可以使其导通和关断的信号。同样的器件，采用不同的驱动电路将得到不同的开关特性。采用性能良好的驱动电路可以使功率开关器件工作在比较理想的开关状态，同时缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。因此驱动电路的优劣直接影响主电路的性能，因此驱动电路的合理化设计显得越来越重要。
一般来说，功率开关器件理想的驱动电路应满足以下要求：[2]
1、功率开关管开通时，驱动电路能够提供快速上升的基极电流，使得开启时有足够的驱动功率，从而减小开通损耗。
2、开关管导通期间，驱动电路提供的基极电流在任何负载情况下都能保证功率管处于饱和导通状态，保证比较低的导通损耗。为减小存储时间，希望器件关断前处于临界饱和状态。
3、关断时，驱动电路应提供足够的反向基极驱动，以迅速的抽出基区的剩余载流子，减小存储时间；并加反偏截止电压，使集电极电流迅速下降以减小下降时间。
实际驱动电路设计中，不可能完全满足上述要求，要根据具体要求来合理设计。
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第二章功率开关器件IGBT特性及其驱动电路的要求
另外，对主开关器件或整个装置的一些保护措施往往也设计在驱动电路中，这是由于主电路中往往有电压或电流的过冲，而电力电子器件一般比普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要弱一些。因此，在主电路和驱动电路中往往需要附加一些保护电路，尤其对于中大功率的半导体器件更是必不可少的，它对可能出现的过电流、过电压等情况进行处理，以保护昂贵的主开关器件。这些就使得驱动电路的设计显得更为重要。驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光耦合隔离器。
根据驱动电路加在开关器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将功率开关器件分为电流驱动型和电压驱动型。如典型全控型器件GTO、GTR都属于流控型，而MOSFET、IGBT属于压控型。驱动电路的具体形式可以是分立元件构成的，但目前的趋势是采用集成度高，性能稳定的集成驱动电路，许多生产厂家也开发生产了功率器件的专用驱动芯片。比如常用的MOSFET和IGBT专用驱动芯片有富士公司生产的EXB系列，三菱电机公司生产的M579xx系列以及瑞士CONCEPT公司生产的SCALE系列等等。这些专用集成驱动电路具有良好的驱动特性，且通常集成有过流保护功能，它们的出现使功率开关器件的驱动变的简单可靠，电路的稳定性也大大加强。然而，这些标准的驱动器并不一定能适用于所有的应用场合，对于不同的应用背景，功率开关器件驱动电路的要求也会有差异。因此，研究适用于特定应用场合功率开关器件的驱动电路仍然是十分必要的。
1.2 本课题的应用背景
本课题主要研究内容源于一种新型的用于轻合金表面防护的特种脉冲电源，由于工艺过程和处理对象的负载特性要求以及量产条件需要，不仅对这种电源的容量提出了要求，同时对电源的主要电参数提出了如下要求：
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电源容量： 100KVA 以上
脉冲电压峰值：0~800V 连续可调
最大平均电流：0~200A 连续可调
脉冲频率： 0-5KHz 连续可调
脉冲占空比： 5%-95%连续可调
脉冲换相比： 0~200Hz 连续可调
正负脉冲幅值和个数单独连续可调
加工工艺要求其加工电源输出正负双向的高功率周期电脉冲序列，
同时主要参数均要求可大范围连续调节。为了满足这些工业要求，主电路的核心—功率开关器件的选择显得尤为重要。性能优良的开关器件能提高主电路的性能，可承受恶劣的工作条件，在本文所讨论的主要指强电压、大电流的冲击。对于主开关器件，我们要能够方便的控制其开通和关断，能可靠的驱动和保护它。传统的半控型电力电子器件只能通过门极控制信号使其开通，而不能控制其关断。70年代后期，各种高速、全控型的器件的出现，如GTO 、GTR 、MOSFET 、IGBT 、SIT 、SITH 、MCT 等，大大满足了工业要求。不同的功率开关器件在各自领域内有其优势，因此必须首先选择合适自己应用的功率开关器件。图1-1给出了常用的功率开关器件的适用范围示意图：
工作频率
容量(V A )
图1-1 常用功率开关器件适用范围示意图
第二章功率开关器件IGBT特性及其驱动电路的要求
GTO在全控型器件中功率是最大的，但其工作频率比较低，驱动电
路复杂。电力MOSFET是一种单极性压控器件具有输入阻抗高、驱动功
率小，开关速度快等优点，在中小功率场合应用广泛，但由于半导体工
艺和材料的限制，迄今还难以制成兼具高电压和大电流特性的MOSFET。电力晶体管GTR是一种双极性半导体，其优点是通态压降小、
载流能力高，但它是流控器件，开关增益小，驱动电路较为复杂。20世
纪80年代后期出现的绝缘栅极双极晶体管IGBT是一种新型的复合器
件，它是MOSFET和GTR的复合，它把MOSFET的输入阻抗大、开关
速度快的优点和GTR通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十
分优越，具有输入阻抗高、工作速度快、通态压降低、阻断电压高、承
受电流大，且易于驱动，是一种比较理想的全控型器件。[3]表1-1列举
了MOSFET、GTR、IGBT的主要特性比较：
比较项目GTR MOSFET IGBT 驱动模式电流电压电压
驱动电路复杂简单简单
驱动功率高低低
输入阻抗低高高
开关速度慢(us) 高(ns) 中
工作频率较低高中
安全区域窄宽宽
饱和压降低高低
目前IGBT的容量已经大大提高，300A~400A/1200V~1700V等级的IGBT能够满足目前这种特种脉冲电源的要求，适合做其主开关器件。
随着电源设备的进一步发展，势必对电压、电流的要求更高。通常可以
采用IGBT模块串、并联来获取更大的容量或选用功率等级更高的大功
率开关器件来满足要求。由于单纯采用高功率的开关器件将带来昂贵的
经济代价，而采用普通模块的串、并联使用来满足功率要求，可以降低
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设备的成本，因此串、并联功率开关器件是目前研究的热点问题。串、并联使用功率开关器件必然会带来均流、均压、驱动等问题，这也是本文着重讨论的问题之一。本文主要研究300A~400A/1200V~1700V等中大功率IGBT模块的驱动电路以及串、并联特性等问题。
1.3 课题的目的和主要任务
1、对富士公司的EXB841，三菱电机的M57962AL，以及CONCEPT 公司的2SD315A等专用驱动电路在可靠性、性能指标、保护功能、性价比、易维护性等方面进行分析比较，并在此基础上针对脉冲电源逆变电路实际运行中存在的问题提出改进方案，经实验测试后确定适用于不同功率容量电源的实际驱动电路。
2、针对IGBT串、并联使用中存在的问题，比如动态均流、均压特性以及寄生参数等的影响进行理论研究、电路仿真，确定电路方案，并实现300~400A/1200~1700V IGBT模块的串并联扩容。
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第二章 功率开关器件IGBT 特性及其驱动电路的要求
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第二章 功率开关器件IGBT 特性及其
驱动电路的要求
2.1 绝缘栅双极晶体管IGBT 特性
从器件特性上看，选用300A~400A/1200V~1700V 的IGBT 作为轻
合金表面处理特种脉冲电源的主开关器件是符合要求的。在讨论其驱动
电路和串、并联特性之前，有必要了解IGBT 的工作特性和主要参数。
2.1.1 IGBT 的结构和工作原理
G E
C
I C 图2-1 N-IGBT
减化等效电路及其电气图形符号G
E(S)
C(D)
如图2-1，IGBT 是三端器件，具有栅极G 、集电极C 和发射极E 。
从结构上看，IGBT 相当于一个由MOSFET 驱动的厚基区GTR ，它们以
达林顿结构复合。图-1所示的是N 沟道IGBT 简化等效电路，其中电阻
R N 是PNP 晶体管基区内的调制电阻。作为压控器件，其开通和关断是
由栅极和发射极间的电压V GE 决定的，当V GE 为正且大于开启电压V GE(th)
时，MOSFET 内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT 导通。由于电导调制效应，使得电阻R N 减小，这样高耐压的IGBT 也具有很小
的通态压降。当栅极与发射极之间不加信号或者加反向电压时，MOSFET
内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT 关断。
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2.1.2 IGBT 的基本特性和主要参数
（1）静态特性
a )I GE(th)GE
IGBT 的静态特性主要是指转移特性和输出特性图，如图2-2所示， a)为转移特性，b)为输出特性。
IGBT 的转移特性是指集电极电流I C 与栅极控制电压V GE 之间的关系曲线。当栅射电压V GE 小于开启电压V GE(th)时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分集电极电流范围内，I C 与V GE 基本呈线性关系。在实际应用中，经常利用检测IGBT 的饱和导通压降来推算其集电极电
流的大小以确定IGBT 是否过流。
最高栅射电压受最大集电极电流限制，其最佳值一般取为15V 左右。
图b 的输出特性是指以栅射电压V GE 为参变量时，集电极电流和集
射电压之间的关系曲线。输出集电极电流I C 受栅射电压V GE 的控制，
V GE 越高，I C 越大。因此，在集电极过流或过流保护时，及时地降低V GE 能够抑制集电极电流，有利于保护IGBT 。其输出特性可以分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。一般在电力电子电路中，IGBT 工作在开关状态，因而是在正向阻断区和饱和区之间来回转换。特别注意，IGBT
栅-射反向阻断电压只能达到几十伏的水平，即使自然界中的静电有时也可以击穿损坏IGBT ，因此在运输、使用时候一定要特别注意。
第二章 功率开关器件IGBT 特性及其驱动电路的要求
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（2） 动态特性
图2-3所示的是IGBT 开关过程的波形示意图。
U I C
U GE
如图所示，从驱动电压V GE 的前沿上升至其幅值的10%的时刻，到
集电极电流I C 上升至其幅值的10%的时刻止，
这段时间为开通延迟t d(on)。而I C 从10%I CM 上升至90%I CM 所需的时间为电流上升时间t r 。同样，开通时间t on 为开通延迟时间与电流上升时间之和。同时，开通时，集射电压V CE 的下降过程分为t fv1和t fv2两端。前者为IGBT 中MOSFET 单独工作的电压下降；后者为MOSFET 和PNP 晶体管同时工作的电压下降过程。只有在t fv2段结束时，IGBT 才完全进入饱和状态。IGBT 开通过程中大部分时间是作为MOSFET 来运行的。
IGBT 关断时，从驱动电压V GE 的脉冲后沿下降到其幅值的90%的时刻起，到集电极电流下降至90%I CM 止，这段时间为关断延迟时间t d(on);集电极电流从90%I CM 下降至10%I CM 这段时间为电流下降时间，二者之图2-3 IGBT 的开关过程波形图
和为关断时间。电流下降时间可分为t fi1和t fi2两段。其中t fi1对应IGBT 内部的MOSFET的关断过程，此时间段内I C下降较快；t fi2对应IGBT 内部的PNP晶体管的关断过程，此时间段I C下降较慢。[4]
（3）IGBT的主要参数
1、电压参数
a. 栅-射极短路时的最大集-射直流电压V CES
b. 栅极开路时允许的最大集-射直流电压V CEO
c. 集-射极饱和电压V CE(sat)，IGBT饱和导通时通过额定电流时的集-
射电压。
d. 栅-射极最高电压V GES，集-射极短路时的最大栅-射极电压。
e. 栅极开启电压V GE(th)，在规定的集电极电流和集-射电压条件下的
栅-射级电压，通常指能使IGBT导通的最小电压。
f. 绝缘电压V iso，指外壳与管芯绝缘的IGBT模块，三个极完全短路
的情况下，三个电极与冷却体接触面间能容许的正弦波最高绝缘电压，一般指交流有效指。
g. 集-射极反向电压V ECS，集成有续流二极管的IGBT，在二极管处
于导通状态时，在极间测得的二极管正向压降。
2、电流参数
a. 集电极额定电流I CN，在额定测试温度下，所允许的集电极最大
直流电流。实际上，一般应选用实际使用的平均电流
I C=(1/2~1/3)I CN。
b. 集电极的反向电流-I C，当IGBT内部集成有续流二极管时，额定
测试温度下，所允许的集电极最大直流电流。
c. 集电极脉冲峰值电流I CP，在一定脉冲宽度工作时，IGBT的集电
极允许的最大脉冲峰值电流。
d. 集-射极短路时的栅极漏电流I GES，在栅-射短路条件下，在栅-射
极加额定电压时的栅极漏电流。
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第二章 功率开关器件IGBT 特性及其驱动电路的要求
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e. 栅-射短路时的集-射极漏电流I CES ，将栅-射短路，在集-射极间加
额定电压时的集电极漏电流。
（2） 最大功耗P T
在壳温为25°C 的条件下，每个IGBT 开关所允许的最大不导致其自身损坏的功率损耗。
（3） 时间参数
IGBT 的时间参数有开通时间、关断时间、上升时间和下降时间。
（4） 最高工作频率f max
IGBT 的最高工作频率是指对应开通时间和关断时间、额定工作电 流且IGBT 结温不超过允许值所能使用的最高开关频率。
（5） 结温
指IGBT 工作时不导致损坏所允许的最高结温。
（6） 贮存温度T stg
是指在无电气负载条件下，不使其性能下降对IGBT 的保存或运输 所允许的温度范围。
2.1.3 IGBT 的擎住效应和安全工作区
在IGBT 的内部寄生着一个晶闸管，在晶闸管内的NPN 晶体管的基极和发射极之间存在体区短路电阻，当超过额定集电极电流时，由于电阻的压降过大会导致栅极失去对集电极电流的控制作用，导致集电极电流过大，造成器件功耗过高而损坏，这种现象被成为擎住效应或自锁效应。引发擎住效应的原因可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是dV CE /dt 过大（动态擎住效应），温度升高也会加重产生擎住效应的危险。动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流还要小，因此所允许的最大集电极电流实际上是根据动态擎住效应而确定的。[5]-[7]
根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗可以确定IGBT 在导通工作状态的参数极限范围，即正向偏置安全工作区
（FBSOA），导通时间长、发热严重则安全工作区变窄；根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率dV CE/dt可以确定IGBT在阻断工作状态下的参数极限范围，即反向偏置安全工作区（RBSOA）。它随IGBT关断时的再加dV CE/dt而改变，过高的dV CE/dt 会使IGBT产生动态擎住效应，因此dV CE/dt越大，RBSOA越小。在应用IGBT使，尽量使其工作在安全工作区以内。
2.2 IGBT驱动电路的要求
2.2.1 IGBT的栅极驱动
IGBT是压控器件，其门极驱动条件密切地关系到它的静态和动态特性。对于大功率IGBT，选择驱动电路基于以下的参数要求：器件关断偏置、门极电荷、耐固性和电源情况等。门极电路的正偏压V GE、负偏压-V GE和门极电阻R G的大小，对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dV/dt电流等参数有不同程度的影响。门极驱动条件与器件特性的关系如表2-1所示：
表2-1 IGBT门极驱动条件与器件特性的关系[4]
特性V CE(on)t on、E on t off、E off负载短路能力电流dV CE/dt +V GE增大降低降低 - 降低增加
-V GE增大 - - 略减小- 减少R G - 增加增加 - 减少
栅极正电压V GE的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和dV CE/dt电流有较大影响，而门极负偏压则对关断特性的影响比较大。在门极电路的设计中，还要注意开通特性，负载短路能力和由dV CE/dt电流引起的误触发等问题。
(1) IGBT对栅极驱动电路的特殊要求
由于IGBT的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能不好常常导致器件损坏，IGBT对驱动电路有许
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第二章功率开关器件IGBT特性及其驱动电路的要求
多特殊的要求，概括起来有：[9]-[11]
a、驱动电压脉冲的上升率和下降率要充分大。IGBT开通时，前
沿陡峭的栅极电压加到栅极G与发射极E之间，使其快速开通，达到开通时间最短，以减小开通损耗。在IGBT关断的时候，其栅极驱动电路要提供给IGBT下降沿很陡的关断电压，并给IGBT的栅极G与发射极E之间施加一适当的反向偏置电压，以使IGBT快速关断，缩短关断时间，减小关断损耗。
b、 IGBT导通后，栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要
有足够的幅度，使IGBT 的功率输出级总处于饱和状态，瞬时过载时，栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区而损坏。
c、 IGBT的栅极驱动电路提供给IGBT的正向驱动电压+V GE要取
合适的值，特别是具有短路工作过程的设备中使用IGBT时，其正向驱动电压更应选择所需要的最小值。开关应用的IGBT的栅极电压应以10V~15V为最佳。
d、IGBT的关断过程中，栅-射极间施加的负偏压有利于IGBT的
快速关断，但也不宜取的过大。（一般取-2V~ -10V）
e、在大电感负载的情况下，过快的开关反而是有害的，大电感负
载在IGBT的快速开通和关断时，会产生高频且幅值很高而宽度很窄的尖峰电压Ldi/dt，该尖峰不易吸收，容易造成器件损坏。
f、由于IGBT多用于高压场合，所以驱动电路应与整个控制电路在
电位上严格隔离，一般采用高速光耦合隔离或变压器耦合隔离。
g、 IGBT的栅极驱动电路应尽可能地简单、实用，应具有IGBT的
完整保护功能，很强的抗干扰能力，且输出阻抗尽可能地低。
h、驱动电路的栅极配线走向应与主电流线尽可能远，且不要将多
个IGBT的驱动线扎在一起。同时驱动电路到IGBT模块栅-射引线应尽可能的短，采用双绞线或同轴电缆屏蔽线，并从栅极直接接到
12
13被驱动IGBT 的栅-射极。
i 、 同一电力电子设备中，使用多个不同电位的IGBT 的时候，一定要使用光隔离器，解决电位隔离的问题。
(2) IGBT 栅极驱动电路应满足的条件[1]
a 、如图2-4a 和
b 所示，栅极驱动条件与IGBT 的特性密切相关。
V C E /V 10
V GE /V
V GE /V 图 2-4 通态压降和开通损耗与栅极电压关系曲线a 、 通态压降b 、 开通损耗
设计栅极驱动电路时，注意到开通特性、负载短路能力和dV CE /dt 引起的误触发等问题。正向偏置电压V GE 增加，通态压降下降，开通损耗E on 也下降，如果V GE
保持不变时，饱和导通电压将随集电极电流增大而增大，开通损耗将随结温升高而升高。
b 、负偏压-V GE 直接影响IGBT 的可靠运行。负向偏置电压增高，集电极浪涌电流明显下降，对关断能耗无显著影响，如图2-5所示。
集电极浪涌电流/A 50
-V GE /V
a 、 浪涌电流5510-V GE /V
b 、关断能耗
图 2-5 集电极浪涌电流和关断能耗与栅极负偏压的关系
E o f f /(m J /脉冲）
第二章 功率开关器件IGBT 特性及其驱动电路的要求
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c 、栅极电阻R G 增加，将使IGBT 的开通与关断时间增加，因而使开通和关断能耗均增加。而栅极电阻减小，又使di c /dt 增高，可能引发IGBT 误导通，同时R G 上的损耗也有所增加。但R G 的增大会使IGBT 的开关时间增加，进而使开关损耗增加，因此应根据IGBT 的电流容量和电压额定值以及开关频率的不同选择不同的R G 阻值，一般应选R G 在几欧姆
到几十欧姆之间，如表2-2所示。栅极电阻影响关系曲线如图2-6所示。
501001502002503000
E /(m J /脉冲）102103
R G /Ω
R G /Ω
a 、集电极电流上升率与栅极电阻的关系
b 、E on 、E off 与栅极电阻的关系
图 2-6 栅极电阻的影响曲线图(d i C /d t )/(A /μs )
表2-2栅极电阻的选取 600V 50 100150200300
400600 800 额定电流/A 1200V 25 50 75 100
150200300 400 R G /Ω 51 25 15 12 8.2 5.1 3.3 2.2
2.2.2 脉冲电源中IGBT 的保护
在特种脉冲设备中，除了选择参数合适的IGBT 模块、设计良好的驱动电路外，采用必要的过电压保护、过电流保护、dV/dt 保护和过热保护等保护措施也是很重要的。特种脉冲电源设备对IGBT 的保护措施有以下几种：利用过电流信号的检测来切断栅极控制信号；利用缓冲电
路抑制过电压，并限制过量的dV/dt；利用温度传感器检测壳温控制主电路跳闸。
（1）过电流保护
在我们研制的特种脉冲电源中，IGBT的过电流保护一般分为两种：一种是低倍数（1.2~1.5倍）的过载电流保护；另一种是高倍数（可达8~10倍）的短路电流保护。对于低倍数的过载保护采用了进行集中式的保护，即使用电流传感器检测输入端或主电路中直流母线的总电流，当总电流超过设定值后，比较器翻转，封锁装置中所有IGBT的驱动脉冲。对于单个IGBT的保护，采用集-射电压识别法，如图2-2a所示，由于IGBT的通态饱和压降V CE(sat)与集电极电流呈线形关系，利用测量V CE(sat)的大小来判断IGBT集电极电流的大小。主要考虑了两点问题：一是识别时间；二是保护切断速度。从识别出过电流信号到切断栅极控制信号的总时间必须小于允许短路过电流的时间。过流时，切断IGBT集电极电流不能和正常工作中切断速度一样快，那样会导致di c/dt过大，在主电路电感中引起很高的反电势而形成尖峰电压，容易损坏器件。因此对IGBT实行在允许的过流时间内对其慢速关断。以下给出合理驱动电路的原理框图，如图2-7所示：
图 2-7 IGBT驱动电路原理图
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第二章 功率开关器件IGBT 特性及其驱动电路的要求
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（2） dV/dt 保护
在半桥感性负载电路运行时，处于关断状态下的IGBT ，由于与其反并联的二极管的恢复过程，将承受C-E 电压的急剧上升。此静态的dV/dt 通常比IGBT 关断时V CE 的上升率高。此dV/dt 在集电极栅极间电容内产生电流流向栅极驱动电路，如图2-8所示：
C
E
V OFF
图 2-8 dV/dt 对IGBT 栅极电路的影响
虽然在关断状态时，栅极为反向偏置。由于流过栅极电路的阻抗，该电流令V GE 增加（趋向于V GE(th)）。最坏的情况是该电压达到阈值电压，则该IGBT 将被开通，导致桥臂直通短路。dV/dt 保护的目的主要是防止擎住效应，及防止集电极电流连续值超过临界值。为了防止误导通，采用如下的方法：[5]
a 、 在关断的时加足够的负栅压V GE(off)（-8~ -10V ）；
b 、 关断状态时，R G 取较低的阻值；
c 、
尽可能地减小栅极电路中的电感L G 。 （3） 短路保护
在这种特种脉冲电源中，主开关器件IGBT 构成的H 型逆变器电路中发生负载短路或同一桥臂出现直通现象时，母线电压直接加在IGBT 的C 、E 两端，流过IGBT 的集电极电流会急剧增加，此时如不及时撤
消栅极驱动信号，必将造成IGBT的烧毁。[20]-[22]为防止短路故障，电路中设计有故障检测与保护环节，及时检测出过电流故障，并迅速切除。在我们的H型逆变桥臂电路中，引起短路的主要原因有：
a、直通短路主要原因是，桥臂中某一个器件或反并联二极管损坏。
b、桥臂短路，主要由于控制回路、驱动回路的故障或干扰噪声引起
的误动作，造成一个桥臂两个IGBT同时开通。
c、负载电路接地短路，或者输出短路。
IGBT能承受短时间的短路电流，该时间与IGBT的饱和导通压降有关系，随着饱和导通压降的增加而延长。为了可靠保护器件，比较理想的方案是出现过电流时，立即降低栅压，使电流值不能达到最大短路峰值，这样可以避免IGBT出现锁定损坏。栅极电压降低IGBT压降增大，短路电流明显减小，短路的承受时间延长，这样也就延长了“故障检测”时间。出现短路的时候，IGBT必须维持在短路安全工作区内。
对于短路保护，在直流母线上接电流传感器的方式检测直流母线电流，当发生短路的时候，母线电流超过设定值，比较器翻转，封锁所有的驱动脉冲，保护IGBT模块，如下图2-9所示：
图 2-9 短路保护示意图
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第二章 功率开关器件IGBT 特性及其驱动电路的要求
18此外还可以使用对单个IGBT 欠饱和式保护，这种方式在很多驱动电路中都有使用，基本原理是检测IGBT 饱和导通压降V CE(sat)来判断集
电极电流，通过比较器翻转来封锁驱动脉冲的方式，框图如2-10所示：
图 2-10 防止饱和短路示意图清除V ref
一旦检测出短路，为了避免IGBT 受到短路破坏，保护措施是在10μs 内将IGBT 关断。在这种情况下，吸收电路经过了特别设计，使其适
用于短路情况。采用控制V GE 的大小来使之关断的技术，
以便减小IGBT 的内部应力：a)、控制关断：栅极电压被分步减小或斜坡减小，IGBT 的沟道电阻增大，所以短路电流也减小下来，随着IGBT 的关断，di/dt 亦减小，所以毛刺尖峰电压同时被减小。b)、V GE 钳位：从特性曲线看，短路电流的峰值取决于V GE 的数值，V GE 的数值则由栅极集电极电容回馈的dV/dt 来决定。这种影响可以通过钳制V GE 于18V 以下而消除。钳位电路如下图2-11所示：[5]
V V C E 图2-11 V GE 钳位电路示意图
IGBT的结构和工作原理 图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region ）。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。 IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。 2.IGBT 的工作特性 1.静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高，Id 越大。它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。 IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内，Id 与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。 IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时，由于它的PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其B 值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on) 可用下式表示： Uds(on) ＝Uj1 ＋Udr ＋IdRoh 式中Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为0.7 ～1V ；Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降；Roh ——沟道电阻。
igbt工作原理及应用 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的保护 引言 绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,因此,可以把其看作是MOS输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点,又具有双极型器件容量大的优点,因而,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。在中大功率的开关电源装置中,IGBT由于其控制驱动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点,已逐步取代晶闸管或GTO。但是在开关电源装置中,由于它工作在高频与高电压、大电流的条件下,使得它容易损坏,另外,电源作为系统的前级,由于受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大,故IGBT的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而,在选择IGBT时除了要作降额考虑外,对IGBT的保护设计也是电源设计时需要重点考虑的一个环节。 1 IGBT的工作原理 IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止 由此可知,IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：
——IGBT栅极与发射极之间的电压; ——IGBT集电极与发射极之间的电压; ——流过IGBT集电极－发射极的电流; ——IGBT的结温。 如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。 2 保护措施 在进行电路设计时,应针对影响IGBT可靠性的因素,有的放矢地采取相应的保护措施。 2．1 IGBT栅极的保护 IGBT的栅极－发射极驱动电压VGE的保证值为±20V,如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压,则可能会损坏IGBT,因此,在IGBT的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外,若IGBT的栅极与发射极间开路,而在其集电极与发射极之间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在,使得栅极电位升高,集电极－发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时,可能会使IGBT发热甚至损坏。如果设备在运输或振动过程中使得栅极回路断开,在不被察觉的情况下给主电路加上
IGBT 驱动原理 目录 一、简介 二、工作原理 三、技术现状 四、测试方法 五、选取方法 简介： 绝缘栅双极晶体管IGBT 是第三代电力电子器件，安全工作，它集功率晶体管GTR 和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高 (10-40 kHz) 的特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。广泛应用于小体积、高 效率的变频电源、电机调速、UPS 及逆变焊机当中。IGBT 的驱动和保护是其应用中的关 键技术。 1 IGBT 门极驱动要求 1.1 栅极驱动电压 因IGBT 栅极- 发射极阻抗大，故可使用MOSFET 驱动技术进行驱动，但IGBT 的输入电容较MOSFET 大，所以IGBT 的驱动偏压应比MOSFET驱动所需偏压强。图 1 是一个典型的例子。在+20 ℃情况下，实测60 A ，1200 V 以下的IGBT 开通电压阀值为 5 ～6 V ，在实际使用时，为获得最小导通压降，应选取Ugc ≥(1.5 ～3)Uge(th) ，当Uge 增加时，导通时集射电压Uce 将减小，开通损耗随之减小，但在负载短路过程中Uge 增加，集电极电流Ic 也将随之增加，使得IGBT 能承受短路损坏的脉宽变窄，因此Ugc 的选择不应太大，这足以使IGBT 完全饱和，同时也限制了短路电流及其所带来的应力( 在具有短路工作过程的设备中，如在电机中使用IGBT 时，+Uge 在满足要求的情况下尽量选取最小值，以提高其耐短路能力) 。
1.2 对电源的要求 对于全桥或半桥电路来说，上下管的驱动电源要相互隔离，由于IGBT 是电压控制器件，所需要的驱动功率很小，主要是对其内部几百至几千皮法的输入电容的充放电，要求能提供较大的瞬时电流，要使IGBT 迅速关断，应尽量减小电源的内阻，并且为防止IGBT 关断时产生的du/dt 误使IGBT 导通，应加上一个-5 V 的关栅电压，以确保其完全可靠的关断 ( 过大的反向电压会造成IGBT 栅射反向击穿，一般为-2 ～10 V 之间) 。 1.3 对驱动波形的要求 从减小损耗角度讲，门极驱动电压脉冲的上升沿和下降沿要尽量陡峭，前沿很陡的门极电压使IGBT 快速开通，达到饱和的时间很短，因此可以降低开通损耗，同理，在IGBT 关断时，陡峭的下降沿可以缩短关断时间，从而减小了关断损耗，发热量降低。但在实际使用中，过快的开通和关断在大电感负载情况下反而是不利的。因为在这种情况下，IGBT 过快的开通与关断将在电路中产生频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压Ldi/dt ，并且这种尖峰很难被吸收掉。此电压有可能会造成IGBT 或其他元器件被过压击穿而损坏。所以在选择驱动波形的上升和下降速度时，应根据电路中元件的耐压能力及du/dt 吸收电路性能综合考虑。 1.4 对驱动功率的要求 由于IGBT 的开关过程需要消耗一定的电源功率，最小峰值电流可由下式求出： I GP = △ U ge /R G +R g ； 式中△Uge=+Uge+|Uge| ；RG 是IGBT 内部电阻；Rg 是栅极电阻。 驱动电源的平均功率为： P AV =C ge △ Uge 2 f, 式中． f 为开关频率；Cge 为栅极电容。 1.5 栅极电阻 为改变控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡，减小IGBT 集电极的电压尖峰，应在IGBT 栅极串上合适的电阻Rg 。当Rg 增大时，IGBT 导通时间延长，损耗发热加剧；Rg 减小时，di/dt 增高，可能产生误导通，使IGBT 损坏。应根据IGBT 的电流容量和电压额定值以及开关频率来选取Rg 的数值。通常在几欧至几十欧之间( 在具体应用中，还应根据实际情况予以适当调整) 。另外为防止门极开路或门极损坏时主电路加电损坏 IGBT ，建议在栅射间加入一电阻Rge ，阻值为10 k Ω左右。 1.6 栅极布线要求 合理的栅极布线对防止潜在震荡，减小噪声干扰，保护IGBT 正常工作有很大帮助。 a ．布线时须将驱动器的输出级和lGBT 之间的寄生电感减至最低( 把驱动回路包围的面积减到最小) ； b ．正确放置栅极驱动板或屏蔽驱动电路，防止功率电路和控制电路之间的耦合； c ．应使用辅助发射极端子连接驱动电路； d ．驱动电路输出不能和IGBT 栅极直接相连时，应使用双绞线连接(2 转/ cm) ； e ．栅极保护，箝位元件要尽量靠近栅射极。 1.7 隔离问题
IGBT的工作原理和工作特性 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。 IGBT的工作特性包括静态和动态两类： 1．静态特性 IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与GTR的输出特性相似．也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。 IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，
其最佳值一般取为15V左右。IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on)可用下式表示: Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh （2－14） 式中Uj1——JI结的正向电压，其值为0.7～IV； Udr——扩展电阻Rdr上的压降；Roh——沟道电阻。 通态电流Ids可用下式表示： Ids=(1+Bpnp)Imos (2－15） 式中Imos——流过MOSFET的电流。 由于N+区存在电导调制效应，所以IGBT的通态压降小，耐压1000V 的IGBT通态压降为2～3V。IGBT处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。 2．动态特性 IGBT在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET来运行的，只是在漏源电压Uds下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on)为开通延迟时间，tri为电流上升时间。实际应
解析IGBT工作原理及作用 一、IGBT是什幺 ?IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半 导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小， 开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流 系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 ?通俗来讲:IGBT是一种大功率的电力电子器件，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。三大特点就是高压、大电流、高速。 ?二、IGBT模块 ?IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor（绝缘栅双极型晶体管）的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降 低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工 作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 ?IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知，若在IGBT的栅极和发射极之 间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之 间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，
IGBT 的工作原理和工作特性 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。 当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
IGBT的工作特性包括静态和动态两类： 1．静态特性IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与GTR的输出特性相似．也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。 IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。 IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系.IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on)可用下式表示 Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh（2－14） 式中Uj1——JI结的正向电压，其值为0.7～IV；
IGBT管的结构与工作原理 1.IGBT的结构与工作原理图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（ Subchannel region ）。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。 IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。 2.IGBT 的工作特性 1.静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高， Id 越大。它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。如果无 N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。 IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内， Id 与Ugs呈线性关系。最
IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法 IGBT的工作原理和作用IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT 导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。 IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。 IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。如果撤掉加在GS两端的电压，这层导电的沟道就消失了，就不可以导电了，变成了绝缘体。 IGBT的工作原理和作用电路分析IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知，若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。 图1 IGBT的等效电路 由此可知，IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定： --IGBT栅极与发射极之间的电压； --IGBT集电极与发射极之间的电压； --流过IGBT集电极-发射极的电流； --IGBT的结温。 如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，如果过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏；同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压，流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能
IGBT工作原理及应用 1 IGBT的工作原理IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通, 这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止由此可知,IGBT的安 全可靠与否主要由以下因素决定：IGBT栅极与发射极之间的电压;IGBT集电极与发射极之间的电压;流过IGBT集电极－发射极的电流;IGBT的结温。如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极 与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT 集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT 的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。2 保护措施在进行电路设计时,应针对影响IGBT可靠性的因素,有的放矢地采取相应的保护措施。 2、1 IGBT栅极的保护IGBT的栅极－发射极驱动电压VGE的保证值为±20V,如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的 电压,则可能会损坏IGBT,因此,在IGBT的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外,若IGBT的栅极与发射极间开路,而在其集电极与发射极之间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于栅极与集
电极和发射极之间寄生电容的存在,使得栅极电位升高,集电极－发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时,可能会使IGBT发热甚至损坏。如果设备在运输或振动过程中使得栅极回路断开,在不被察觉的情况下给主电路加上电压,则IGBT就可能会损坏。为防止此类情况发生,应在IGBT的栅极与发射极间并接一只几kΩ的电阻,此电阻应尽量靠近栅极与发射极。如图2所示。由于IGBT是功率MOSFET和PNP双极晶体管的复合体,特别是其栅极为MOS结构,因此除了上述应有的保护之外,就像其他MOS 结构器件一样,IGBT对于静电压也是分敏感的,故而对IGBT进行装配焊接作业时也必须注意以下事项：在需要用手接触IGBT前,应先将人体上的静电放电后再进行操作,并尽量不要接触模块的驱动端子部分,必须接触时要保证此时人体上所带的静电已全部放掉;在焊接作业时,为了防止静电可能损坏IGBT,焊机一定要可靠地接地。IGBT在不间断电源的应用、2、2 集电极与发射极间的过压保护过电压的产生主要有两种情况,一种是施加到IGBT集电极－发射极间的直流电压过高,另一种为集电极－发射极上的浪涌电压过高。 2、2、1 直流过电压直流过压产生的原因是由于输入交流电源或IGBT的前一级输入发生异常所致。解决的办法是在选取IGBT 时,进行降额设计;另外,可在检测出这一过压时分断IGBT的输入,保证IGBT的安全。
IGBT模块工作原理以及检测方法 IGBT模块简介 IGBT 是Insulated Gate Bipolar Transistor （绝缘栅双极型晶体管）的缩写，IGBT 是由MOSFE和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFE器件驱动功率小和开关速度快的优点，又 具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFE与功率晶体管之间， 可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知，若在IGBT的栅极G和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFE导通，这样PNP晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOS截止，切断PNP晶体管基极电 流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFE一样也是电压控制型器件，在它的栅极G-发射极E间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。 图1 IGBT的等效电路 2 IGBT模块的选择 IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。其相互关系见下表。使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。同时，开关 损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。特别是用 作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降温等使用。 3使用中的注意事项 由于IGBT模块为MOSFE结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于 此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20?30V。因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。因此使用中要注意以下几点： 1. 在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先ffl 1 iUBT的需戰电曙
igbt工作原理及应用
igbt工作原理及应用 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的保护 引言 绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,因此,可以把其看作是MOS输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点,又具有双极型器件容量大的优点,因而,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。在中大功率的开关电源装置中,IGBT由于其控制驱动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点,已逐步取代晶闸管或GTO。但是在开关电源装置中,由于它工作在高频与高电压、大电流的条件下,使得它容易损坏,另外,电源作为系统的前级,由于受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大,故IGBT的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而,在选择IGBT时除了要作降额考虑外,对IGBT的保护设计也是电源设计时需要重点考虑的一个环节。 1 IGBT的工作原理 IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止 由此可知,IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：
——IGBT栅极与发射极之间的电压; ——IGBT集电极与发射极之间的电压; ——流过IGBT集电极－发射极的电流; ——IGBT的结温。 如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT 可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。 2 保护措施 在进行电路设计时,应针对影响IGBT可靠性的因素,有的放矢地采取相应的保护措施。 2．1 IGBT栅极的保护 IGBT的栅极－发射极驱动电压VGE的保证值为±20V,如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压,则可能会损坏IGBT,因此,在IGBT的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外,若IGBT 的栅极与发射极间开路,而在其集电极与发射极之间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在,使得栅极电位升高,集电极－发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时,可能会使IGBT发热甚至损坏。如果设备在运输或振动过程中使得栅极回路断开,在不被察觉的情况下给主电
IGBT工作原理及应用 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的保护 引言 绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,因此,可以把其看作是MOS输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点,又具有双极型器件容量大的优点,因而,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。在中大功率的开关电源装置中,IGBT由于其控制驱动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点,已逐步取代晶闸管或GTO。但是在开关电源装置中,由于它工作在高频与高电压、大电流的条件下,使得它容易损坏,另外,电源作为系统的前级,由于受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大,故IGBT的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而,在选择IGBT时除了要作降额考虑外,对IGBT的保护设计也是电源设计时需要重点考虑的一个环节。 1 IGBT的工作原理 IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止 由此可知,IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：
——IGBT栅极与发射极之间的电压; ——IGBT集电极与发射极之间的电压; ——流过IGBT集电极－发射极的电流; ——IGBT的结温。 如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。 2 保护措施 在进行电路设计时,应针对影响IGBT可靠性的因素,有的放矢地采取相应的保护措施。 2．1 IGBT栅极的保护 IGBT的栅极－发射极驱动电压VGE的保证值为±20V,如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压,则可能会损坏IGBT,因此,在IGBT的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外,若IGBT的栅极与发射极间开路,而在其集电极与发射极之间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在,使得栅极电位升高,集电极－发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时,可能会使IGBT发热甚至损坏。如果设备在运输或振动过程中使得栅极回路断开,在不被察觉的情况下给主电路加上
IGBT的结构原理与特性图解 在IGBT得到大力发展之前，功率场效应管MOSFET被用于需要快速开关的中低压场合，晶闸管、GTO被用于中高压领域。MOSFET虽然有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好、驱动电路简单的优点;但是，在200V或更高电压的场合，MOSFET的导通电阻随着击穿电压的增加会迅速增加，使得其功耗大幅增加，存在着不能得到高耐压、大容量元件等缺陷。双极晶体管具有优异的低正向导通压降特性，虽然可以得到高耐压、大容量的元件，但是它要求的驱动电流大，控制电路非常复杂，而且交换速度不够快。 IGBT正是作为顺应这种要求而开发的，它是由MOSFET(输入级)和PNP晶体管(输出级)复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点(控制和响应)，又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点(功率级较为耐用)，频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十KHz频率范围内。基于这些优异的特性，IGBT一直广泛使用在超过300V电压的应用中，模块化的IGBT 可以满足更高的电流传导要求，其应用领域不断提高，今后将有更大的发展。 IGBT的结构与特性： 如图1所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+区
称为源区，附于其上的电极称为源极(即发射极E)。N基极称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极(即门极G)。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区(包括P+和P-区，沟道在该区域形成)，称为亚沟道区(Subchannel region)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Drain injector)，它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极(即集电极C)。 图1 N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原来
缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。 IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内， Id 与Ugs 呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。 IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时，由于它的PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其B 值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on) 可用下式表示 Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh 式中Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为0.7 ～1V ；Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降；Roh ——沟道电阻。 通态电流Ids 可用下式表示： Ids=(1+Bpnp)Imos 式中Imos ——流过MOSFET 的电流。 由于N+ 区存在电导调制效应，所以IGBT 的通态压降小，耐压1000V 的IGBT 通态压降为2 ～ 3V 。IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。 动态特性 IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET 来运行的，只是在漏源电压Uds 下降过程后期， PNP 晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on) 为开通延迟时间， tri 为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton 即为td (on) tri 之和。漏源电压的下降时间由tfe1 和tfe2 组成。 IGBT的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。因为IGBT栅极- 发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行触发，不过由于IGBT的输入电容较MOSFET为大，故IGBT的关断偏压应该比许多MOSFET驱动电路提供的偏压更高。 IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为MOSFET关断后，PNP晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，td(off)为关断延迟时间，trv为电压Uds(f)的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成，而漏极电流的关断时间 t(off)=td(off)+trv十t(f) 式中，td(off)与trv之和又称为存储时间。 IGBT的开关速度低于MOSFET，但明显高于GTR。IGBT在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增
IGBT 的工作原理是什么? IGBT 的等效电路如图1所示。由图1可知 知,若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET 导通,这样PNP 晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT 的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET 截止,切断PNP 晶体管 基极电流的供给,使得晶体管截止。 由此可知,IGBT 的安全可靠与否主要由以下因素决定： ——IGBT 栅极与发射极之间的电压; ——IGBT 集电极与发射极之间的电压; ——流过IGBT 集电极－发射极的电流; ——IGBT 的结温。 如果IGBT 栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT 不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT 可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT 集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT 集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT 的结温超过 其结温的允许值,IGBT 都可能会永久性损坏。 绝缘栅极双极型晶体管绝缘栅极双极型晶体管（（IGBT ）
IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。 当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
IGBT的工作特性包括静态和动态两类： 1 ．静态特性:IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与GTR的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。 IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性 相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流 范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。 IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体 管为宽基区晶体管，所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on) 可用下式表示 Uds(on) ＝Uj1 ＋Udr ＋IdRoh 式中Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为0.7 ～IV ； Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降； Roh ——沟道电阻。 通态电流Ids 可用下式表示： Ids=(1+Bpnp)Imos 式中Imos ——流过MOSFET 的电流。
I G B T模块工作原理及 其注意事项
IGBT模块工作原理及其注意事项 点击次数：602 发布时间：2009-5-9 11:36:45 要：对IGBT的特性及使用时的注意事项进行了探讨，提出了选择和安装过程中应该注意的方面。 1 IGBT模块简介 IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor（绝缘栅双极型晶体管）的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知，若在IGBT的栅极G和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极G—发射极E间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。 图1 IGBT的等效电路
2 IGBT模块的选择 IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。其相互关系见下表。使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。同时，开关损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降温等使用。 3 使用中的注意事项 由于IGBT模块为MOSFET结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20～30V。因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。因此使用中要注意以下几点： 1.在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块 端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后，再触 摸； 2.在用导电材料连接模块驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上 模块； 3.尽量在底板良好接地的情况下操作。 在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此，通常采用双绞线来传送驱动信号，以减少寄生电感。在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。 此外，在栅极—发射极间开路时，若在集电极与发射极间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于集电极有漏电流流过，栅极电位升高，集电极则有电流流过。这时，如果集电极与发射极间存在高电压，则有可能使IGBT发热及至损坏。 在使用IGBT的场合，当栅极回路不正常或栅极回路损坏时（栅极处于开路状态），若在主回路上加上电压，则IGBT就会损坏，为防止此类故障，应在栅极与发射极之间串接一只10KΩ左右的电阻。
IGBT的工作原理与工作特性 IGBT的开关作用就是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使IGBT关断。IGBT的驱动方法与MOSFET基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFET,所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后,从P+基极注入到N一层的空穴(少子),对N一层进行电导调制,减小N 一层的电阻,使IGBT在高电压时,也具有低的通态电压。 IGBT的工作特性包括静态与动态两类: 1.静态特性 IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性与开关特性。IGBT的伏安特性就是指以栅源电压Ugs为参变量时,漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制,Ugs越高,Id越大。它与GTR的输出特性相似.也可分为饱与区1、放大区2与击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT,正向电压由J2结承担,反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区,则正反向阻断电压可以做到同样水平,加入N+缓冲区后,反向关断电压只能达到几十伏水平,因此限制了IGBT的某些应用范围。 IGBT的转移特性就是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同,当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时,IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内,Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制,其最佳值一般取为15V左右。IGBT的开关特性就是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时,由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管,所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构,但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。此时,通态电压Uds(on)可用下式表示: Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh (2－14) 式中Uj1——JI结的正向电压,其值为0、7～IV; Udr——扩展电阻Rdr上的压降;Roh——沟道电阻。 通态电流Ids可用下式表示:Ids=(1+Bpnp)Imos (2－15) 式中Imos——流过MOSFET的电流。 由于N+区存在电导调制效应,所以IGBT的通态压降小,耐压1000V的IGBT通态压降为2～3V。IGBT处于断态时,只有很小的泄漏电流存在。 2.动态特性 IGBT在开通过程中,大部分时间就是作为MOSFET来运行的,只就是在漏源电压Uds下降过程后期,PNP晶体管由放大区至饱与,又增加了一段延迟时间。td(on)为开通延迟时间,tri为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton 即为td(on)tri之与。漏源电压的下降时间由tfe1与tfe2组成,如图2－58所示