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富士IGBT驅(qū)動混合集成電路

發(fā)布日期:2018-07-07 22:57:28 作者: admin 點擊: 1723

IGBT原理和用途

IGBT 的開關(guān)作用是通過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,加反向門極電壓消除溝道,流過反向基極電流,使 IGBT 關(guān)斷。 IGBT 的驅(qū)動方法和 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 N 一層進行電導(dǎo)調(diào)制,減小N 一層的電阻,使 IGBT 在高電壓 時,也具有低的通態(tài)電壓。

 

   IGBT 的工作特性包括靜態(tài)和動態(tài)兩類:

 

   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 開關(guān)特性。

 

   IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓 Ugs 為參變量時,漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。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 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。它與 MOSFET的轉(zhuǎn)移特性相同,當(dāng)柵源電壓小于開啟電 壓 Ugs(th) 時, 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,由于它的 PNP晶體管為寬基區(qū)晶體管,所以其 B 值 極低。盡管等效電路為達林頓結(jié)構(gòu),但流過 MOSFET 的電流成為 IGBT總電流的主要部分。此時,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 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,只有很小的泄漏電流存在。

 

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

  IGBT 在關(guān)斷過程中,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,造成漏極電流較長的尾部時間, td(off) 為關(guān)斷延遲時間, trv 為電壓 Uds(f)的上升時間。實際應(yīng)用中常常給出的漏極電流的下降時間 Tf 由 t(f1) 和 t(f2) 兩段組成,而漏極電流的關(guān)斷時間

   t(off)=td(off)+trv 十 t(f) 

式中, td(off) 與 trv 之和又稱為存儲時間。

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,軟開關(guān)電源等。通過模擬或數(shù)字電路控制通斷來提供不同的電壓和電流。

它比晶閘管開關(guān)頻率更高。對電網(wǎng)影響小。是結(jié)合MOSFET和GTO發(fā)展而來的新型電力器件。

缺點:不能做大電壓,因此后來發(fā)展了耐壓的IGBT。


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