電解電(diàn)源MOSFET管具有開(kāi)關速度快，電壓(yā)控制的優點，缺點是導通電壓降稍(shāo)大，電流、電(diàn)壓容量不大;雙極型(xíng)晶體管，卻與它的優(yōu)點、缺點互易，因而就産生了使它們複合(hé)的思想;控制時有MOS-FFT管的特點，導通時具有(yǒu)雙極型晶體管特點，這就産生IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor)管研制的動機，該管稱為絕緣栅雙(shuāng)極晶體管。下面由小編(biān)為您詳(xiáng)細介紹電解電(diàn)源IGBT管。 一(yī)、IGBT結(jié)構與工作原理
GBT結構上與MOSFET十分類(lèi)似，隻是多了一個P’層，引出作為(wéi)發射(shè)極MOSFET完全相似。按(àn)其緩沖區不同分對稱型(xíng)和非對稱型。栅極、集電極與有(yǒu)阻斷能力;非對稱型，正向有(yǒu)阻斷能(néng)力對稱型具有正、反向特性對稱，都電流拖尾小，均屬(shǔ)優點，反向阻斷能力低，但它的正向導(dǎo)通壓降小(xiǎo)，關斷得快(kuài)，而對稱型卻沒有這些優點。簡化等效電路及常用(yòng)符号示于圖4一25中，集電極、發射極(jí)，分别用C.E表示。溝道(dào)IGBT的工作原理:IGBT由栅極電壓正、負來控制。當(dāng)加上正栅極電壓(yā)時，絕緣栅下形成，MOSFE T導通，相當于凡接到E，為PNP晶(jīng)體管提供了流動的基極電流(即整個IGBT)導(dǎo)通。當加上負栅極電壓時，IGBT工作過程相反，形成關斷。從而使PNP管
二、IGBT的靜态工作特性(xìng)
電鍍電源靜态工作特性(xìng)有圖伏安特性(xìng)示。轉移特性和開關特性，伏安特性與雙極型功率晶體管相似。随着控制(zhì)電壓Vg。的增加，特性曲線(xiàn)上移(yí)。每一條特性曲線分飽和區、放大區和擊穿區。Vge=o時，k值很小，為截(jié)止狀态。開關電源中的(de)IGBT,通過Vge電平的變化(huà)，使其在飽和與截止兩種狀态交替工(gōng)作。轉移特(tè)性是(k一Vge)關系的描(miáo)述。k與V二大部分是線性的，隻在V，很小時，才是非線性。有一(yī)個開啟電壓Vge(th) , Vge < Vge(th)時，k=o為關斷狀态。使(shǐ)用中vg, ` 15V為好。開關特性(xìng)是(k一(yī)Vice)曲線。可以看成開通時基本與縱軸重合，關斷時與橫軸重(zhòng)合。體現(xiàn)開通時壓降小(1000v的(de)管子隻有2-3V，相(xiàng)對MOSFET來說較小)關斷時漏電流很(hěn)小，與場效應管相(xiàng)當(dāng)。 三、IGBT的動态特性
動态(tài)特性(xìng)主要指開通、關斷二個過程有關的特性，如電流、電壓與時間的關系。一般用典型值或曲線來表示。圖4一29表(biǎo)示開通動态特性，開通過程包括ta(o.) (開通延遲時間)Nt.(電流上升時間)、ttvt(MOSFE’I，單獨工(gōng)作時的電壓下降時間)、tfv2 (MOSFE’I，與PNP兩器件同(tóng)時工作時的電壓下降時間)四個時(shí)間之和。由圖可知各時間(jiān)定義範圍。當td(.) +‘後集電極電(diàn)流已達Ic，此後vc。才開始(shǐ)下降，下降(jiàng)分二個階段，完後v，再指數上(shàng)升外加Vge值。二個階段中t2由MOSFET的栅一(yī)漏電容以及晶體管的從放大到飽和狀态兩個因素影響。
關斷時間也(yě)包括td(o0)(關斷延遲)、‘(電壓上升), tfil (MOSFE’I，電流下降)和tf2(PNP管(guǎn)電流下降)四個時間和。吮(shǔn)包括了晶體管(guǎn)存儲電(diàn)荷(hé)恢複後期(qī)時(shí)間，一般較長一些，因此，對應損耗(hào)也大。常希望變小些，以減小功耗，提高開關頻率。這時，往(wǎng)往又引起(qǐ)通态壓降(jiàng)增加的問題。上述八個時間實(shí)際應(yīng)用中常隻給出四個時間:tom,trIt0ff和tf。圖4一30給出一個25A,1000v的典型曲(qǔ)線。圖中ton = td(on) + ti “ tr = tfvl + tfv2 “ toff = td(off) + trv “ tf = tfil + tfi2 0
這些參數還與工作集電極電流、栅(shān)極電阻、及結的(de)溫度(dù)有(yǒu)關。應用時可參考器件(jiàn)的特(tè)性線(xiàn)。四個參數中toff增加，原因是存儲電荷(hé)恢複時間引起的。
四、IGBT的栅極驅動及其方法
IGBT的栅極驅動需特(tè)别關注。它的正偏栅壓、負偏栅壓(土(tǔ)Vge)及栅極串聯電阻R。對開通、關斷時間(jiān)•損耗、承受短路電流能力及dV/dt都有密切的關系。在合(hé)理範圍内變(biàn)化V，和Rg時其關系。在掌握IGBT的特性曲(qǔ)線和參數後可以設計栅極的驅(qū)動電路。MOSFEI，管的(de)特性。因此，用于MOSFET管的驅動電路均可(kě)應用。
1.直接驅動法
前面介(jiè)紹驅動MOSFEI，均有參考價(jià)值。原則上(shàng)，因它的輸(shū)人特(tè)性是例如有如下幾種方法:如果要士Vge偏壓，則可參照圖4一32(a)示出變壓(yā)器隔離(lí)驅動電路，圖(b)示出光(guāng)電禍合隔(gé)離驅動電路。圖(b)是雙電源供電(diàn)的驅動電路。當V。使發光二極管(guǎn)有電流流過時，光電禍合器HU的三極管導通，R，上(shàng)有電流流過，場效應管T1關斷，在v。作用(yòng)下，經電阻(zǔ)R2, T2管的基(jī)一發極有了(le)偏流，T2迅速(sù)導通，經R。栅極電阻(zǔ)，IGBT得到正偏壓(yā)而導通。當幾沒(méi)有脈沖電壓時，發光二極管不發光時，作用過程相反，T1導(dǎo)通使T3導通，一V。經栅極(jí)電阻R。加在IGBT的栅一發極之間，使(shǐ)IGBT迅(xùn)速關斷。
2.集成模塊驅動電路
鍍(dù)整流器目前較多使用EXB系列(liè)集成模塊驅動IGBT。它比分立元件(jiàn)的驅動電路有體積小，效率高，可靠性高的優點。它是十六腳(jiǎo)型封裝塊。内(nèi)部結構為其典型應用電路。EXB840能驅動75A, 1200V的IGBT管。加直流20V作為集成塊工作電(diàn)源。開關頻率在40千赫以下，整個驅動電路動作快，信(xìn)号延時不超過1.5微秒(miǎo)。内部利(lì)用穩壓二極(jí)管産(chǎn)生一(yī)5V的電壓，除供内部應用(yòng)外，也(yě)為外用提供負偏壓。集成塊采用(yòng)高速光禍輸人隔離，并有過(guò)流(liú)檢測及過載慢速關栅等控制(zhì)功能(néng)。
高(gāo)頻開關電源圖4一(yī)34為有過流檢(jiǎn)測輸(shū)人和過流保護輸出的一種(zhǒng)典型應用。當IGBT出現過流時，腳5出現低(dī)電平，光禍Sol有輸出，對PWM信号(hào)提供一個封鎖信号(hào)，該信号使PWM驅動(dòng)脈沖輸出轉化成一系列窄脈沖，對(duì)EXB840實行軟關斷。此電路中具有記(jì)憶、封(fēng)鎖保護(hù)功能外(wài)，還具有較強(qiáng)的抗幹(gàn)擾能力，在真正過流時(即信号(hào)持續(xù)IO廬以上)才發生控制動作(zuò)，關斷IGBT0在要求有較高(gāo)的負偏壓輸出，例如一15V時(shí)，對原3腳與9腳的一5V進行簡.單改接。
