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富士IGBT驅動(dòng)混合集成電路

發(fā)布日期:2018-07-07 22:57:28 作者: admin 點(diǎn)擊: 1298

IGBT原理和用途

IGBT 的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道,給 PNP 晶體管提供基極電流,使 IGBT導通。反之,加反向門(mén)極電壓消除溝道,流過(guò)反向基極電流,使 IGBT 關(guān)斷。 IGBT 的驅動(dòng)方法和 MOSFET基本相同,只需控制輸入極 N 一溝道 MOSFET ,所以具有高輸入阻抗特性。

 

   當 MOSFET 的溝道形成后,從 P+ 基極注入到 N 一層的空穴(少子),對 N 一層進(jìn)行電導調制,減小N 一層的電阻,使 IGBT 在高電壓 時(shí),也具有低的通態(tài)電壓。

 

   IGBT 的工作特性包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類(lèi):

 

   1 .靜態(tài)特性 IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉移特性和 開(kāi)關(guān)特性。

 

   IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓 Ugs 為參變量時(shí),漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線(xiàn)。輸出漏極電流比受柵源電壓 Ugs 的控 制, Ugs 越高, Id 越大。它與 GTR的輸出特性相似.也可分為飽和 區 1 、放大區 2 和擊穿特性 3 部分。在截止狀態(tài)下的 IGBT ,正向電 壓由 J2結承擔,反向電壓由 J1 結承擔。如果無(wú) N+ 緩沖區,則正反 向阻斷電壓可以做到同樣水平,加入 N+ 緩沖區后,反向關(guān)斷電壓只能達到幾十伏水平,因此限制了 IGBT 的某些應用范圍。

 

   IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流 Id 與柵源電壓 Ugs 之間的 關(guān)系曲線(xiàn)。它與 MOSFET的轉移特性相同,當柵源電壓小于開(kāi)啟電 壓 Ugs(th) 時(shí), IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。在 IGBT 導通后的大部分漏極電 流范圍內,Id 與 Ugs 呈線(xiàn)性關(guān)系。*高柵源電壓受*大漏極電流限 制,其*佳值一般取為 15V 左右。

 

   IGBT 的開(kāi)關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。 IGBT 處于導通態(tài)時(shí),由于它的 PNP晶體管為寬基區晶體管,所以其 B 值 極低。盡管等效電路為達林頓結構,但流過(guò) MOSFET 的電流成為 IGBT總電流的主要部分。此時(shí),通態(tài)電壓 Uds(on) 可用下式表示

 

   Uds(on) = Uj1 + Udr + IdRoh 

 

   式中 Uj1 —— JI 結的正向電壓,其值為 0.7 ~ IV ;

 

   Udr ——擴展電阻 Rdr 上的壓降;

 

   Roh ——溝道電阻。

 

   通態(tài)電流 Ids 可用下式表示:

 

   Ids=(1+Bpnp)Imos

 

   式中 Imos ——流過(guò) MOSFET 的電流。

 

   由于 N+ 區存在電導調制效應,所以 IGBT 的通態(tài)壓降小,耐壓 1000V 的 IGBT 通態(tài)壓降為 2~ 3V 。

 

   IGBT 處于斷態(tài)時(shí),只有很小的泄漏電流存在。

 

   2 .動(dòng)態(tài)特性 IGBT 在開(kāi)通過(guò)程中,大部分時(shí)間是作為 MOSFET 來(lái)運行的,只是在漏源電壓 Uds下降過(guò)程后期, PNP 晶體 管由放大區至飽和,又增加了一段延遲時(shí)間。 td(on) 為開(kāi)通延遲時(shí)間, tri為電流上升時(shí)間。實(shí)際應用中常給出的漏極電流開(kāi)通時(shí)間 ton 即為 td (on) tri 之和。漏源電壓的下降時(shí)間由 tfe1 和tfe2 組成,

  IGBT 在關(guān)斷過(guò)程中,漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因?MOSFET 關(guān)斷后, PNP晶體管的存儲電荷難以迅速消除,造成漏極電流較長(cháng)的尾部時(shí)間, td(off) 為關(guān)斷延遲時(shí)間, trv 為電壓 Uds(f)的上升時(shí)間。實(shí)際應用中常常給出的漏極電流的下降時(shí)間 Tf 由 t(f1) 和 t(f2) 兩段組成,而漏極電流的關(guān)斷時(shí)間

   t(off)=td(off)+trv 十 t(f) 

式中, td(off) 與 trv 之和又稱(chēng)為存儲時(shí)間。

IGBT是一種新型的電力電子原件,主要用于電源領(lǐng)域。如變頻器,電焊機,軟開(kāi)關(guān)電源等。通過(guò)模擬或數字電路控制通斷來(lái)提供不同的電壓和電流。

它比晶閘管開(kāi)關(guān)頻率更高。對電網(wǎng)影響小。是結合MOSFET和GTO發(fā)展而來(lái)的新型電力器件。

缺點(diǎn):不能做大電壓,因此后來(lái)發(fā)展了耐壓的IGBT。


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