徐建軍

摘 要：IGBT是一種場(chǎng)控器件，作為現(xiàn)代功率半導(dǎo)體的一個(gè)重要分支，已經(jīng)得到廣泛的研究和應(yīng)用。由于IGBT這類場(chǎng)控器件的開關(guān)特性和安全工作區(qū)是跟隨門極驅(qū)動(dòng)電路的變化而變化，因此如果驅(qū)動(dòng)線路性能不好，將直接影響到IGBT正常工作，甚至?xí)?dǎo)致它的損壞。

關(guān)鍵詞：電力電子分立元件；IGBT；集成電路；驅(qū)動(dòng)線路

20世紀(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)，那時(shí)該領(lǐng)域的主要研究方向是有更大處理容量的功率半導(dǎo)體器件。到20世紀(jì)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?yàn)橛休^高的輸入阻抗，較低的門極輸入電流要求，使得門極驅(qū)動(dòng)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(lái)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(diǎn)使得功率集成電路給電力電子的應(yīng)用帶來(lái)新的活力，開辟了驅(qū)動(dòng)集成電路廣泛應(yīng)用的一個(gè)嶄新的時(shí)代

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

1，IGBT的開通和關(guān)斷應(yīng)快速響應(yīng)，這就要求門極驅(qū)動(dòng)電路電壓脈沖的上升沿和下降沿很陡，響應(yīng)時(shí)間最短。IGBT開通時(shí)，觸發(fā)電壓快速加到門極和發(fā)射極之間，使得IGBT快速導(dǎo)通。在IGBT關(guān)斷時(shí)，門極觸發(fā)電壓快速為零，并給IGBT提供一個(gè)反向，負(fù)偏的電壓。這樣使得IGBT快速關(guān)斷，減少關(guān)斷損耗。

2，IGBT導(dǎo)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(yīng)提供足夠大的電壓和電流。若發(fā)生IGBT瞬時(shí)過(guò)載，驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)功率足以保證IGBT不退出飽和區(qū)而損壞。

3，IGBT門極驅(qū)動(dòng)電壓不是越高越好，其輸出級(jí)晶體管的導(dǎo)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(shí)際使用中，其正向驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)取其需要的最小值。

IGBT開通的的柵極射極間驅(qū)動(dòng)電壓易選15V---20V。

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

4，在大電感負(fù)載的情況下，IGBT的開通和關(guān)斷不易過(guò)快。其值取舍應(yīng)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(lái)確定。因?yàn)镮GBT的快速開通和關(guān)斷將會(huì)在大負(fù)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(guò)壓保護(hù)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(cè)。

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(dòng)電路與IGBT損壞時(shí)的脈沖寬度產(chǎn)生密切關(guān)系，門極信號(hào)也會(huì)受到流過(guò)IGBT晶體管集電極電流的影響，在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)要上述影響，合理地處理這些關(guān)系。

6，對(duì)于IGBT應(yīng)用在高壓場(chǎng)合時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該與控制電路采用電壓隔離，IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該簡(jiǎn)單、實(shí)用，有抗干擾能力，自身帶有對(duì)被驅(qū)動(dòng)的IGBT的完整保護(hù)，它的輸出阻抗應(yīng)選最低，到IGBT的模塊的引線要短，應(yīng)采用絞線或者同軸電纜屏蔽線。

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