IGBT應用中特別關注的事項

徐建軍

摘 要：IGBT是一種場控器件，作為現(xiàn)代功率半導體的一個重要分支，已經(jīng)得到廣泛的研究和應用。由于IGBT這類場控器件的開關特性和安全工作區(qū)是跟隨門極驅(qū)動電路的變化而變化，因此如果驅(qū)動線路性能不好，將直接影響到IGBT正常工作，甚至會導致它的損壞。

關鍵詞：電力電子分立元件；IGBT；集成電路；驅(qū)動線路

20世紀80年代以前，電力電子與集成電路本互不相干，電力電子需要靠分立元件組成的電路來實現(xiàn)，那時該領域的主要研究方向是有更大處理容量的功率半導體器件。到20世紀80年代中期，出現(xiàn)了一類新型的可控MOS器件，像IGBT，MODFET等。這些器件因為有較高的輸入阻抗，較低的門極輸入電流要求，使得門極驅(qū)動電路的元件尺寸大幅地減少，因而易于集成，從而使得系統(tǒng)中的分立元件數(shù)大大降低，并由此帶來系統(tǒng)的成本降低，尺寸減少，重量減輕，可靠性增加。這些特點使得功率集成電路給電力電子的應用帶來新的活力，開辟了驅(qū)動集成電路廣泛應用的一個嶄新的時代

IGBT作為現(xiàn)代集成的功率半導體器件中的一個重要分支，已經(jīng)得到廣泛的研究和應用。它是一種場控器件，它的開通和關斷是由柵極和發(fā)射極之間電壓決定，當柵極電壓為正且大于開啟電壓時，器件內(nèi)部形成導通溝道并為PNP晶體管提供基極電流，進而使IGBT導通；當柵極和發(fā)射極之間不加電壓或加反向電壓時，該器件內(nèi)溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT關斷。以上是IGBT的工作特點。由于它的開關特性和安全工作區(qū)是隨著門極驅(qū)動電路特性的變化而變化，因此，驅(qū)動電路性能好壞，將直接影響IGBT的正常工作。在IGBT的應用中，要特別關注以下問題。

1，IGBT的開通和關斷應快速響應，這就要求門極驅(qū)動電路電壓脈沖的上升沿和下降沿很陡，響應時間最短。IGBT開通時，觸發(fā)電壓快速加到門極和發(fā)射極之間，使得IGBT快速導通。在IGBT關斷時，門極觸發(fā)電壓快速為零，并給IGBT提供一個反向，負偏的電壓。這樣使得IGBT快速關斷，減少關斷損耗。

2，IGBT導通后，為維持其功率輸出總處于飽和狀態(tài)，門極觸發(fā)電路應提供足夠大的電壓和電流。若發(fā)生IGBT瞬時過載，驅(qū)動電路提供的驅(qū)動功率足以保證IGBT不退出飽和區(qū)而損壞。

3，IGBT門極驅(qū)動電壓不是越高越好，其輸出級晶體管的導通壓降和開通損耗將隨著電壓升高而下降，但其集電極電流隨著電壓增加而增加，使得IGBT承受短路損壞的脈沖寬度變窄。因此在實際使用中，其正向驅(qū)動電壓應取其需要的最小值。

IGBT開通的的柵極射極間驅(qū)動電壓易選15V---20V。

在IGBT關斷過程中需要提供反向偏壓，但 反向偏壓取值要合適，過大的反向偏壓會造成IGBT門極發(fā)射極的反向擊穿。關斷的反向偏壓易選—5V --- —15 V。

4，在大電感負載的情況下，IGBT的開通和關斷不易過快。其值取舍應根據(jù)IGBT的電壓變化率參數(shù)和電路中所有組件的變化率參數(shù)來確定。因為IGBT的快速開通和關斷將會在大負載電感的電路產(chǎn)生高頻率，高幅值的尖峰電壓，其脈沖寬度很窄。由于在電路中常規(guī)過壓保護吸收不了這樣的尖峰電壓，易造成IGBT損壞。參考器件選型手冊。

5，在IGBT內(nèi)部有寄生的集體管和寄生電容，寄生電容大約有數(shù)千皮法，使得驅(qū)動電路與IGBT損壞時的脈沖寬度產(chǎn)生密切關系，門極信號也會受到流過IGBT晶體管集電極電流的影響，在設計驅(qū)動電路時要上述影響，合理地處理這些關系。

6，對于IGBT應用在高壓場合時，驅(qū)動電路應該與控制電路采用電壓隔離，IGBT的門極驅(qū)動電路應該簡單、實用，有抗干擾能力，自身帶有對被驅(qū)動的IGBT的完整保護，它的輸出阻抗應選最低，到IGBT的模塊的引線要短，應采用絞線或者同軸電纜屏蔽線。

參考文獻：

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