IGBT应用中特别关注的事项

徐建军

摘 要：IGBT是一种场控器件，作为现代功率半导体的一个重要分支，已经得到广泛的研究和应用。由于IGBT这类场控器件的开关特性和安全工作区是跟随门极驱动电路的变化而变化，因此如果驱动线路性能不好，将直接影响到IGBT正常工作，甚至会导致它的损坏。

关键词：电力电子分立元件；IGBT；集成电路；驱动线路

20世纪80年代以前，电力电子与集成电路本互不相干，电力电子需要靠分立元件组成的电路来实现，那时该领域的主要研究方向是有更大处理容量的功率半导体器件。到20世纪80年代中期，出现了一类新型的可控MOS器件，像IGBT，MODFET等。這些器件因为有较高的输入阻抗，较低的门极输入电流要求，使得门极驱动电路的元件尺寸大幅地减少，因而易于集成，从而使得系统中的分立元件数大大降低，并由此带来系统的成本降低，尺寸减少，重量减轻，可靠性增加。这些特点使得功率集成电路给电力电子的应用带来新的活力，开辟了驱动集成电路广泛应用的一个崭新的时代

IGBT作为现代集成的功率半导体器件中的一个重要分支，已经得到广泛的研究和应用。它是一种场控器件，它的开通和关断是由栅极和发射极之间电压决定，当栅极电压为正且大于开启电压时，器件内部形成导通沟道并为PNP晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通；当栅极和发射极之间不加电压或加反向电压时，该器件内沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。以上是IGBT的工作特点。由于它的开关特性和安全工作区是随着门极驱动电路特性的变化而变化，因此，驱动电路性能好坏，将直接影响IGBT的正常工作。在IGBT的应用中，要特别关注以下问题。

1，IGBT的开通和关断应快速响应，这就要求门极驱动电路电压脉冲的上升沿和下降沿很陡，响应时间最短。IGBT开通时，触发电压快速加到门极和发射极之间，使得IGBT快速导通。在IGBT关断时，门极触发电压快速为零，并给IGBT提供一个反向，负偏的电压。这样使得IGBT快速关断，减少关断损耗。

2，IGBT导通后，为维持其功率输出总处于饱和状态，门极触发电路应提供足够大的电压和电流。若发生IGBT瞬时过载，驱动电路提供的驱动功率足以保证IGBT不退出饱和区而损坏。

3，IGBT门极驱动电压不是越高越好，其输出级晶体管的导通压降和开通损耗将随着电压升高而下降，但其集电极电流随着电压增加而增加，使得IGBT承受短路损坏的脉冲宽度变窄。因此在实际使用中，其正向驱动电压应取其需要的最小值。

IGBT开通的的栅极射极间驱动电压易选15V---20V。

在IGBT关断过程中需要提供反向偏压，但 反向偏压取值要合适，过大的反向偏压会造成IGBT门极发射极的反向击穿。关断的反向偏压易选—5V --- —15 V。

4，在大电感负载的情况下，IGBT的开通和关断不易过快。其值取舍应根据IGBT的电压变化率参数和电路中所有组件的变化率参数来确定。因为IGBT的快速开通和关断将会在大负载电感的电路产生高频率，高幅值的尖峰电压，其脉冲宽度很窄。由于在电路中常规过压保护吸收不了这样的尖峰电压，易造成IGBT损坏。参考器件选型手册。

5，在IGBT内部有寄生的集体管和寄生电容，寄生电容大约有数千皮法，使得驱动电路与IGBT损坏时的脉冲宽度产生密切关系，门极信号也会受到流过IGBT晶体管集电极电流的影响，在设计驱动电路时要上述影响，合理地处理这些关系。

6，对于IGBT应用在高压场合时，驱动电路应该与控制电路采用电压隔离，IGBT的门极驱动电路应该简单、实用，有抗干扰能力，自身带有对被驱动的IGBT的完整保护，它的输出阻抗应选最低，到IGBT的模块的引线要短，应采用绞线或者同轴电缆屏蔽线。

参考文献：

[1]《电力电子技术》 徐德鸿，马皓。科学出版社，2006年

[2]《电力电子电路》林渭勋等，浙江大学出版社，1986年

[3]《电力电子技术基础》应建平，林渭勋等，机械工业出版社 2003年

[4]《电力电子学—电力电子变换和控制技术》陈坚 高等教育出版社 2002年