電解電源(yuan)MOSFET管具有開關速(sù)度快，電壓控制(zhì)的優點，缺點是(shì)導通電壓降稍(shao)大，電流、電壓容(róng)量不大;雙極型(xíng)晶體管，卻與它(tā)的優點、缺點互(hù)🤩易，因而就産生(shēng)了使它們複合(hé)的思想;控制時(shí)有MOS-FFT管的特點，導(dǎo)通時具🐉有雙極(jí)型晶體管特點(dian)💞，這就産生IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor)管研(yán)制的動機，該管(guan)稱為絕緣栅雙(shuāng)極晶體⚽管。下面(mian)由小編為您詳(xiang)細介紹電解電(diàn)🐕源IGBT管。
一、IGBT結構(gou)與工作原理
GBT結(jié)構上與MOSFET十分類(lèi)似，隻是多了一(yi)個P’層，引出作為(wei)發射極MOSFET完全相(xiang)似。按其緩沖區(qū)不同分對稱型(xíng)和非對稱型。栅(shān)極、集電極與有(you)阻斷能力;非對(dui)稱型，正向有阻(zu)斷能力對稱型(xing)具有正、反向特(te)性對稱，都電流(liu)拖尾小，均屬👌優(yōu)點，反向阻斷能(neng)力低，但它的正(zheng)向導通壓降小(xiǎo)，關斷得快，而對(dui)稱型卻沒有這(zhe)些優點。簡化等(děng)效電路及常用(yong)符号示于圖4一(yī)25中，集電極、發👣射(she)極🔴，分别用C.E表示(shì)。溝道IGBT的工作原(yuan)理:IGBT由栅極電壓(ya)正、負來控☔制。當(dang)加上正栅極電(diàn)壓時，絕緣栅下(xià)🏃🏻♂️形成，MOSFE T導通，相當(dang)于凡接到E，為PNP晶(jīng)體管提供了流(liu)動的基極電流(liu)(即整個IGBT)導通。當(dang)加上負栅極電(diàn)壓時，IGBT工作過㊙️程(cheng)相反，形成關斷(duan)。從而使PNP管
二、IGBT的(de)靜态工作特性(xìng)
靜态(tai)工作特性有圖(tu)伏安特性示。轉(zhuǎn)移特性和開關(guan)特🐇性，伏安特性(xìng)與雙極型功率(lü)晶體管相似。随(suí)着控制電壓Vg。的(de)增加，特性曲線(xian)上移。每一條特(te)性曲線分⛱️飽和(he)區🔱、放大區和擊(ji)穿區。Vge=o時，k值很小(xiǎo)，為截止狀态。開(kai)關電源中的IGBT,通(tong)過Vge電平的變化(hua)，使其在飽和與(yǔ)截止兩種狀态(tài)交替工作。轉移(yi)特性是(k一Vge)關系(xi)的描述。k與🌂V二大(dà)部分是線性的(de)，隻在V，很小⭐時，才(cái)是非線性🥰。有一(yi)🍓個開啟電壓Vge(th) , Vge < Vge(th)時(shí)，k=o為✂️關斷狀态。使(shi)用中vg, ` 15V為好。開關(guan)特性是(k一Vice)曲線(xian)。可以看成開通(tōng)時基本與縱💃🏻軸(zhóu)💋重合，關斷時與(yu)橫軸重合。體現(xian)開通時壓降小(xiǎo)(1000v的管子隻有2-3V，相(xiàng)對MOSFET來說較小)關(guān)斷時漏電流很(hen)小，與場效應管(guǎn)相當。
動态特性(xing)主要指開通、關(guan)斷二個過程有(you)關的特性，如電(diàn)流、電☀️壓與時間(jiān)的關系。一般用(yong)典型值或曲線(xiàn)來表🌂示。圖4一29表(biao)示開通動态特(tè)性，開通過程包(bāo)括ta(o.) (開通延遲時(shi)間)Nt.(電流上升時(shí)間)、ttvt(MOSFE’I，單獨工作時(shi)的電壓下👈降時(shí)間)、tfv2 (MOSFE’I，與PNP兩器件同(tong)時工作時的電(diàn)壓下降時間)四(si)個時間之和。由(you)圖可知各時間(jian)定義範圍。當td(.) +‘後(hou)集電極電流已(yǐ)達🆚Ic，此💚後vc。才開始(shi)下降，下降分二(er)個階段，完後v，再(zai)指數🛀上升外加(jiā)Vge值。二個階段中(zhōng)t2由MOSFET的栅一漏電(dian)容以及晶體管(guan)的從🔞放大到飽(bǎo)和狀态兩✊個因(yīn)素影響。
關斷時(shí)間也包括td(o0)(關斷(duan)延遲)、‘(電壓上升(shēng)), tfil (MOSFE’I，電流下降)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(chu)電💃荷恢複後期(qi)時間，一般較長(zhang)一些，因此，對應(yīng)損耗也大。常希(xī)望變小些，以減(jiǎn)小功耗，提高開(kai)關頻率。這時，往(wǎng)往又引起通态(tai)壓🔞降增加的問(wèn)題。上述八個時(shi)間實際應用中(zhong)常隻給出四個(ge)時間:tom,trIt0ff和tf。圖4一30給(gei)出一個25A,1000v的典型(xíng)曲線。圖中ton = td(on) + ti “ tr = tfvl + tfv2 “ toff = td(off) + trv “ tf = tfil + tfi2 0
四、IGBT的栅極驅(qu)動及其方法
IGBT的(de)栅極驅動需特(te)别關注。它的正(zheng)偏栅壓、負偏栅(shan)壓🌍(土Vge)及栅極串(chuàn)聯電阻R。對開通(tong)、關斷時間•損耗(hào)、承受短路電流(liú)能力及dV/dt都有密(mì)切的關系。在合(hé)理範圍内變化(huà)V，和Rg時其關系。在(zài)掌握IGBT的特性曲(qǔ)線和⁉️參數後可(ke)以設計栅極的(de)驅動電路。MOSFEI，管的(de)特性。因此，用于(yú)MOSFET管的驅動電路(lu)均可☂️應用。
1.直接(jiē)驅動法
前面介(jiè)紹驅動MOSFEI，均有參(cān)考價值。原則上(shang)，因它的輸人特(tè)性是例如有如(rú)下幾種方法:如(rú)果要士Vge偏壓，則(ze)可🛀參照💃圖4一32(a)示(shì)出變壓器隔🌈離(lí)驅動電路，圖(b)示(shì)出光電禍合隔(gé)離驅動電路。圖(tu)(b)是雙電源供電(dian)的驅動電路🔴。當(dāng)V。使發光二極管(guǎn)有電流流過時(shi)，光電禍合器HU的(de)三極管導通，R，上(shàng)有電流流過，場(chǎng)效應管T1關斷，在(zai)v。作用下，經電阻(zu)R2, T2管的🙇🏻基一發極(ji)有了偏流，T2迅速(sù)導通，經🧡R。栅極電(dian)阻，IGBT得到正偏壓(yā)而導通。當幾沒(mei)有脈沖電壓時(shí)，發光二極管不(bu)發光時，作用過(guo)程相反，T1導通使(shǐ)T3導通，一V。經栅極(ji)電💘阻R。加在IGBT的栅(shan)一發極🚶♀️之間，使(shǐ)IGBT迅速關斷。
鍍整流器目前(qian)較多使用EXB系列(liè)集成模塊驅動(dong)IGBT。它比分立💜元件(jiàn)的驅動電路有(you)體積小，效率高(gao)，可靠性高的優(you)點。它是十六腳(jiao)💜型封裝塊。内部(bù)結構為其典型(xíng)應用電㊙️路。EXB840能驅(qū)動75A, 1200V的IGBT管。加直流(liu)20V作為集成塊工(gong)作電源。開關頻(pin)率在40千赫以下(xia)，整個驅動電路(lù)動作快，信号延(yan)時不超過1.5微秒(miao)。内部🔞利用穩壓(ya)二極管産生一(yī)5V的電壓，除供内(nèi)部應用外，也為(wei)外用提供負偏(piān)壓。集成塊采用(yòng)高速光💋禍輸人(rén)隔離，并有♊過流(liu)檢測及過載慢(man)速關栅等控制(zhi)功能。
高頻開關(guān)電源圖4一34為有(yǒu)過流檢測輸人(ren)和過流保護輸(shū)出的一❌種典型(xing)應用。當IGBT出現過(guo)流時，腳5出現低(dī)電平，光禍Sol有輸(shū)出，對PWM信号提供(gòng)一個封鎖信号(hào)，該信号使PWM驅動(dong)脈沖輸出轉🈚化(huà)成一系列窄脈(mò)沖，對EXB840實行軟關(guān)斷。此電路中具(jù)有記憶、封鎖保(bǎo)護功能外，還具(jù)有較強的抗幹(gan)擾能力，在真正(zhèng)過流時(即信号(hào)持續IO廬以上)才(cai)發生💜控制動作(zuò)，關斷IGBT0在要求有(yǒu)較高的負偏壓(yā)輸出，例如一15V時(shí)，對原3腳與9腳的(de)一5V進行簡.單改(gǎi)接。
