富士IGBT驅(qū)動(dòng)混合集成電路

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(dǎo)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(qū)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(dāng) MOSFET 的溝道形成后，從 P+ 基極注入到 N 一層的空穴（少子），對(duì) N 一層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)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(zhuǎn)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(qū) 1 、放大區(qū) 2 和擊穿特性 3 部分。在截止?fàn)顟B(tài)下的 IGBT ，正向電 壓由 J2結(jié)承擔(dān)，反向電壓由 J1 結(jié)承擔(dān)。如果無(wú) N+ 緩沖區(qū)，則正反 向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入 N+ 緩沖區(qū)后，反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些應(yīng)用范圍。

   IGBT 的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)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(dǎo)通后的大部分漏極電 流范圍內(nèi)，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(dǎo)通態(tài)時(shí)，由于它的 PNP晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其 B 值 極低。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，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(jié)的正向電壓，其值為 0.7 ～ IV ；

   Udr ——擴(kuò)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(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，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(yùn)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(qū)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(yīng)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?yàn)?MOSFET 關(guān)斷后， PNP晶體管的存儲(chǔ)電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長(zhǎng)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(yīng)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(chǔ)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(jī)，軟開(kāi)關(guān)電源等。通過(guò)模擬或數(shù)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(duì)電網(wǎng)影響小。是結(jié)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。