電解電源(yuán)mosfet管具(jù)有開關速(sù)度快，電(diàn)壓(yā)控制的優(yōu)點，缺(quē)點是(shì)導通電壓降稍(shāo)大，電流、電壓容量不(bú)大;雙(shuāng)極型晶體(tǐ)管，卻與它的優點(diǎn)、缺(quē)點互易，因而就産生(shēng)了使它們複(fú)合(hé)的思想;控制時有mos-fft管(guǎn)的(de)特(tè)點，導(dǎo)通時(shí)具(jù)有雙極(jí)型晶體管特點(diǎn)，這就(jiù)産生(shēng)igbt ( insulated gate bipolar transistor)管研(yán)制的動(dòng)機(jī)，該管(guǎn)稱為絕(jué)緣栅雙(shuāng)極晶體管。下面(miàn)由(yóu)小(xiǎo)編為您詳(xiáng)細介(jiè)紹電解電(diàn)源igbt管。 一(yī)、igbt結構(gòu)與工作原(yuán)理
gbt結(jié)構上與mosfet十分類(lèi)似，隻(zhī)是多了一個p’層(céng)，引出作為(wéi)發射極mosfet完全相(xiàng)似。按(àn)其緩(huǎn)沖區(qū)不同(tóng)分對稱型(xíng)和非(fēi)對(duì)稱型。栅極、集電極與有阻斷能力;非對稱型，正向有阻(zǔ)斷能力對稱型(xíng)具有正、反向特(tè)性對(duì)稱，都(dōu)電流(liú)拖尾小(xiǎo)，均屬優(yōu)點，反向阻(zǔ)斷能(néng)力低(dī)，但它的正(zhèng)向導(dǎo)通壓降小，關斷得快，而對(duì)稱型卻沒有這(zhè)些優點。簡化等(děng)效電路及(jí)常用(yòng)符号(hào)示于圖4一(yī)25中，集電極、發射極，分别用c.e表示(shì)。溝道(dào)igbt的工作原(yuán)理(lǐ):igbt由栅極(jí)電壓(yā)正、負(fù)來(lái)控(kòng)制。當加上正(zhèng)栅(shān)極電(diàn)壓時，絕(jué)緣(yuán)栅下(xià)形成，mosfe t導通，相當(dāng)于(yú)凡接(jiē)到e，為pnp晶體管(guǎn)提供了流動的基極電流(liú)(即整(zhěng)個(gè)igbt)導通。當(dāng)加上負栅(shān)極電(diàn)壓時，igbt工作過程(chéng)相反(fǎn)，形(xíng)成(chéng)關斷。從而(ér)使pnp管
二、igbt的(de)靜态工作特性(xìng)
電鍍(dù)電源(yuán)靜态(tài)工作特性(xìng)有圖(tú)伏安(ān)特性示(shì)。轉(zhuǎn)移特性(xìng)和(hé)開關特性(xìng)，伏安特性(xìng)與雙(shuāng)極型功率晶(jīng)體(tǐ)管相似。随(suí)着控制電壓vg。的增加，特性(xìng)曲線(xiàn)上移。每(měi)一(yī)條特性曲線分(fèn)飽和(hé)區(qū)、放大區和擊穿區(qū)。vge=o時，k值很小(xiǎo)，為截止(zhǐ)狀态。開關電源中(zhōng)的igbt,通(tōng)過vge電(diàn)平(píng)的(de)變化，使其(qí)在飽和與(yǔ)截止兩種狀态(tài)交替工作。轉移(yí)特性是(k一(yī)vge)關系(xì)的描述。k與v二大(dà)部分(fèn)是(shì)線(xiàn)性的，隻在v，很(hěn)小時，才(cái)是非(fēi)線性。有一(yī)個開(kāi)啟電壓vge(th) , vge < vge(th)時(shí)，k=o為關(guān)斷狀(zhuàng)态。使(shǐ)用中vg, ` 15v為好。開關(guān)特性是(k一vice)曲線(xiàn)。可以(yǐ)看成(chéng)開通(tōng)時基本與縱軸重合(hé)，關斷時與(yǔ)橫(héng)軸(zhóu)重合。體現(xiàn)開通時壓(yā)降小(xiǎo)(1000v的管子隻有2-3v，相(xiàng)對mosfet來說較(jiào)小)關(guān)斷時漏電流很小，與(yǔ)場效應管(guǎn)相當。 三、igbt的(de)動(dòng)态(tài)特性(xìng)
動态特性(xìng)主要指開(kāi)通、關(guān)斷二(èr)個(gè)過程有(yǒu)關的特性，如電(diàn)流、電(diàn)壓與時間(jiān)的關系。一(yī)般用(yòng)典型(xíng)值或曲線(xiàn)來表示(shì)。圖4一29表(biǎo)示開通動态特(tè)性，開(kāi)通過程(chéng)包(bāo)括ta(o.) (開(kāi)通延(yán)遲時間)nt.(電流(liú)上升時間)、ttvt(mosfe’i，單獨(dú)工(gōng)作時(shí)的電壓下降時(shí)間)、tfv2 (mosfe’i，與(yǔ)pnp兩器件(jiàn)同時工作(zuò)時的電壓下(xià)降時(shí)間)四(sì)個時(shí)間(jiān)之和。由圖(tú)可(kě)知(zhī)各時間(jiān)定義(yì)範(fàn)圍(wéi)。當td(.) +‘後(hòu)集電極(jí)電流已達ic，此後(hòu)vc。才(cái)開始下降(jiàng)，下降(jiàng)分二個(gè)階(jiē)段，完後v，再(zài)指數(shù)上升(shēng)外加(jiā)vge值。二(èr)個階(jiē)段中(zhōng)t2由mosfet的(de)栅一漏電(diàn)容以及晶體管(guǎn)的(de)從放(fàng)大到飽(bǎo)和狀态兩個因素影響。
關斷時(shí)間也(yě)包括td(o0)(關斷(duàn)延遲)、‘(電壓上升(shēng)), tfil (mosfe’i，電流下降(jiàng))和tf2(pnp管(guǎn)電流下降)四個(gè)時間和。吮包括(kuò)了晶體管存儲(chǔ)電荷(hé)恢複(fú)後期(qī)時間(jiān)，一般較長(zhǎng)一些，因(yīn)此(cǐ)，對應(yīng)損耗也大。常希望變小(xiǎo)些(xiē)，以減(jiǎn)小功(gōng)耗，提高開(kāi)關頻(pín)率。這時，往(wǎng)往又(yòu)引起通态壓降增加(jiā)的問題。上述八個時(shí)間實(shí)際應用中常隻(zhī)給出四個(gè)時間:tom,trit0ff和(hé)tf。圖4一30給(gěi)出一(yī)個25a,1000v的典型(xíng)曲線(xiàn)。圖(tú)中(zhōng)ton = td(on) + ti “ tr = tfvl + tfv2 “ toff = td(off) + trv “ tf = tfil + tfi2 0
這些參數(shù)還與工作集電極電流、栅極電(diàn)阻(zǔ)、及(jí)結的(de)溫度有關(guān)。應用時可(kě)參(cān)考器件(jiàn)的特性線。四個(gè)參數中toff增加，原(yuán)因是(shì)存(cún)儲電荷恢複時間(jiān)引起的。
四、igbt的(de)栅(shān)極驅動及其方法
igbt的栅極驅(qū)動(dòng)需特(tè)别關(guān)注。它的正(zhèng)偏栅壓、負(fù)偏栅壓(土(tǔ)vge)及栅極串(chuàn)聯電(diàn)阻r。對開通、關斷時間•損耗(hào)、承受短路電流(liú)能力及(jí)dv/dt都有密(mì)切的關系(xì)。在合理範(fàn)圍内(nèi)變化v，和rg時其關系。在(zài)掌握(wò)igbt的特性曲線和參(cān)數後可(kě)以設計栅極的(de)驅動(dòng)電路。mosfei，管的(de)特性。因(yīn)此，用于(yú)mosfet管的驅(qū)動(dòng)電(diàn)路均可應用(yòng)。
1.直接(jiē)驅動法
前(qián)面介(jiè)紹驅動mosfei，均有參(cān)考價值。原則上(shàng)，因它的輸人特(tè)性是例如(rú)有如下幾種(zhǒng)方法:如果要(yào)士vge偏壓，則(zé)可參照(zhào)圖4一32(a)示(shì)出變壓器隔(gé)離(lí)驅動(dòng)電(diàn)路，圖(b)示出光電禍(huò)合隔離驅(qū)動(dòng)電路。圖(b)是(shì)雙電(diàn)源(yuán)供電(diàn)的驅動電路。當(dāng)v。使發光(guāng)二(èr)極管(guǎn)有電流(liú)流過時(shí)，光電(diàn)禍(huò)合(hé)器hu的(de)三極(jí)管導(dǎo)通，r，上(shàng)有電流(liú)流(liú)過(guò)，場效應(yīng)管t1關斷，在(zài)v。作用下，經電阻(zǔ)r2, t2管的基一(yī)發極(jí)有了偏流，t2迅速(sù)導通(tōng)，經r。栅極電(diàn)阻，igbt得到正(zhèng)偏壓而導通。當(dāng)幾沒(méi)有脈沖電壓時(shí)，發(fā)光(guāng)二極管不(bú)發光時(shí)，作用過程相(xiàng)反，t1導通使(shǐ)t3導通，一(yī)v。經栅極(jí)電阻r。加在igbt的栅(shān)一(yī)發極之(zhī)間，使(shǐ)igbt迅速(sù)關(guān)斷。
2.集(jí)成(chéng)模塊驅動(dòng)電路(lù)
鍍整(zhěng)流器目前較多使用(yòng)exb系列(liè)集成(chéng)模(mó)塊驅動(dòng)igbt。它比分立(lì)元件(jiàn)的驅(qū)動電路有體積小，效率高(gāo)，可靠性高的優(yōu)點。它(tā)是十(shí)六腳(jiǎo)型封(fēng)裝(zhuāng)塊(kuài)。内部結構為其(qí)典型(xíng)應用電路。exb840能驅(qū)動75a, 1200v的(de)igbt管。加(jiā)直流(liú)20v作為集成塊工(gōng)作電(diàn)源。開(kāi)關頻率在40千(qiān)赫(hè)以下(xià)，整個驅動(dòng)電路(lù)動作快，信号延(yán)時(shí)不超過1.5微秒(miǎo)。内部利(lì)用(yòng)穩壓(yā)二極(jí)管産(chǎn)生一(yī)5v的電壓(yā)，除(chú)供内(nèi)部應用外(wài)，也為(wéi)外用(yòng)提供負偏(piān)壓。集成塊(kuài)采用(yòng)高速光禍(huò)輸人(rén)隔離，并(bìng)有過流(liú)檢測及過載慢(màn)速關栅等控制(zhì)功能。
高頻開關(guān)電源圖4一(yī)34為有(yǒu)過流檢(jiǎn)測輸人和過流保(bǎo)護輸(shū)出的一(yī)種典型(xíng)應用。當igbt出現過(guò)流時(shí)，腳5出現低(dī)電平，光禍sol有輸出，對(duì)pwm信号提供一個(gè)封(fēng)鎖信号(hào)，該信号(hào)使pwm驅動(dòng)脈沖輸(shū)出(chū)轉化成一(yī)系(xì)列窄脈(mò)沖，對exb840實行(háng)軟關斷。此電路中具(jù)有記(jì)憶(yì)、封(fēng)鎖(suǒ)保護功(gōng)能外(wài)，還具(jù)有較強的(de)抗幹擾能(néng)力，在真正(zhèng)過流時(即(jí)信号(hào)持續(xù)io廬(lú)以上)才(cái)發生控(kòng)制(zhì)動作(zuò)，關斷igbt0在要求有(yǒu)較高的負偏壓(yā)輸(shū)出，例如一15v時(shí)，對原(yuán)3腳與9腳的一5v進(jìn)行(háng)簡(jiǎn).單改(gǎi)接。
