IGBT——絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，顧名思義，是由 BJT(雙極結(jié)型晶體三極管) 和 MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管) 組成的復(fù)合型功率半導(dǎo)體器件,兼有MOS管的高輸入阻抗和晶體管的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點，因此非常適用于高電壓、大電流的應(yīng)用場合(頻率不如MOS管)。

IGBT符號及等效電路

1.IGBT的基礎(chǔ)知識

IGBT是電壓控制型器件，它只有開關(guān)特性(通和斷兩種狀態(tài))，沒有放大特性。由IGBT等效電路可知，它是以晶體管為主導(dǎo)元件，以MOS管為驅(qū)動元件的達林頓結(jié)構(gòu)。當(dāng)柵極電壓Uge達到開啟電壓，IGBT導(dǎo)通，當(dāng)Uge=0或者負電壓時(負電壓作用：可靠關(guān)斷)，IGBT斷開。

常見的有IGBT單管和IGBT模塊兩種結(jié)構(gòu)。

IGBT模塊實物圖

晶體管、MOS管、IGBT比較

2.IGBT主要參數(shù)

士蘭微某款I(lǐng)GBT規(guī)格書

士蘭微某款I(lǐng)GBT規(guī)格書

①集電極—射極電壓(VCE)：截止?fàn)顟B(tài)下集電極與發(fā)射極之間能夠承受的最大電壓。

②柵極—射極電壓(Vge)：柵極與發(fā)射極之間允許施加的最大電壓，通常為±20V。柵極的電壓信號控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，其電壓不可超過Vge值。

③集電極電流(IC)：IGBT在飽和導(dǎo)通狀態(tài)下，允許持續(xù)通過的最大電流。

④飽和壓降Vce(sat):IGBT在飽和導(dǎo)通狀態(tài)下，集電極與發(fā)射極之間的壓降。該值越小，則管子工作時的功率損耗越小。

⑤開關(guān)時間：它包括導(dǎo)通時間ton和關(guān)系時間toff。導(dǎo)通時間ton又包含導(dǎo)通延遲時間td和上升時間tr。關(guān)斷時間toff又包含關(guān)斷延遲時間td和下降時間tf。

3.IGBT驅(qū)動電路

由于功率 IGBT 在電力電子設(shè)備中多用于高壓場合，所以驅(qū)動電路必須與整個控制電路在電位上完全隔離，主要的途徑及其優(yōu)缺點如下表所示。

驅(qū)動電路與控制電路隔離的途徑及優(yōu)缺點

脈沖變壓器驅(qū)動電路

說明：V1 ～ V4 組成脈沖變壓器一次側(cè)驅(qū)動電路，通過控制 V1 、 V4 和 V2 、 V3 的輪流導(dǎo)通，將驅(qū)動脈沖加至變壓器的一次側(cè)，二次側(cè)通過電阻 R1 與 IGBT5 柵極相連， R1 、 R2 防止 IGBT5 柵極開路并提供充放電回路， R1 上并聯(lián)的二極管為加速二極管，用以提高 IGBT5 的開關(guān)速度，穩(wěn)壓二極管 VS1 、 VS2 的作用是限制加在 IGBT5g-e 端的電壓，避免過高的柵射電壓擊穿柵極。柵射電壓一般不應(yīng)超過 20 V 。

光耦驅(qū)動電路

說明：由于 IGBT 是高速器件，所選用的光耦必須是小延時的高速型光耦，由 PWM 控制器輸出的方波信號加在三極管 V1 的基極， V1 驅(qū)動光耦將脈沖傳遞至整形放大電路 IC1 ，經(jīng) IC1 放大后驅(qū)動由 V2 、 V3 組成的對管 (V2 、 V3 應(yīng)選擇β >100 的開關(guān)管 ) 。對管的輸出經(jīng)電阻 R1 驅(qū)動 IGBT4 ， R3 為柵射結(jié)保護電阻， R2 與穩(wěn)壓管 VS1 構(gòu)成負偏壓產(chǎn)生電路， VS1 通常選用 1 W/5.1 V 的穩(wěn)壓管。此電路的特點是只用 1 組供電就能輸出正負驅(qū)動脈沖，使電路比較簡潔。

IGBT模塊驅(qū)動典型電路

說明：應(yīng)用成品驅(qū)動模塊電路來驅(qū)動 IGBT ，具備過流軟關(guān)斷、高速光耦隔離、欠壓鎖定、故障信號輸出等功能。由于這類模塊具有保護功能完善、免調(diào)試、可靠性高的優(yōu)點，所以應(yīng)用這類模塊驅(qū)動 IGBT 可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品可靠性。

審核編輯：湯梓紅