電解電源MOSFET管具有開(kāi)關(guān)速度快，電壓控制的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是導(dǎo)通電壓降稍大，電流、電壓容量不大;雙極型晶體管，卻與它的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)互易，因而就產(chǎn)生了使它們復(fù)合的思想;控制時(shí)有MOS-FFT管的特點(diǎn)，導(dǎo)通時(shí)具有雙極型晶體管特點(diǎn)，這就產(chǎn)生IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor)管研制的動(dòng)機(jī)，該管稱(chēng)為絕緣柵雙極晶體管。下面由小編為您詳細(xì)介紹電解電源IGBT管。
一、IGBT結(jié)構(gòu)與工作原理
GBT結(jié)構(gòu)上與MOSFET十分類(lèi)似，只是多了一個(gè)P’層，引出作為發(fā)射極MOSFET完全相似。按其緩沖區(qū)不同分對(duì)稱(chēng)型和非對(duì)稱(chēng)型。柵極、集電極與有阻斷能力;非對(duì)稱(chēng)型，正向有阻斷能力對(duì)稱(chēng)型具有正、反向特性對(duì)稱(chēng)，都電流拖尾小，均屬優(yōu)點(diǎn)，反向阻斷能力低，但它的正向?qū)▔航敌。P(guān)斷得快，而對(duì)稱(chēng)型卻沒(méi)有這些優(yōu)點(diǎn)。簡(jiǎn)化等效電路及常用符號(hào)示于圖4一25中，集電極、發(fā)射極，分別用C.E表示。溝道IGBT的工作原理:IGBT由柵極電壓正、負(fù)來(lái)控制。當(dāng)加上正柵極電壓時(shí)，絕緣柵下形成，MOSFE T導(dǎo)通，相當(dāng)于凡接到E，為PNP晶體管提供了流動(dòng)的基極電流(即整個(gè)IGBT)導(dǎo)通。當(dāng)加上負(fù)柵極電壓時(shí)，IGBT工作過(guò)程相反，形成關(guān)斷。從而使PNP管
二、IGBT的靜態(tài)工作特性
電鍍電源靜態(tài)工作特性有圖伏安特性示。轉(zhuǎn)移特性和開(kāi)關(guān)特性，伏安特性與雙極型功率晶體管相似。隨著控制電壓Vg。的增加，特性曲線(xiàn)上移。每一條特性曲線(xiàn)分飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)。Vge=o時(shí)，k值很小，為截止?fàn)顟B(tài)。開(kāi)關(guān)電源中的IGBT,通過(guò)Vge電平的變化，使其在飽和與截止兩種狀態(tài)交替工作。轉(zhuǎn)移特性是(k一Vge)關(guān)系的描述。k與V二大部分是線(xiàn)性的，只在V，很小時(shí)，才是非線(xiàn)性。有一個(gè)開(kāi)啟電壓Vge(th) , Vge < Vge(th)時(shí)，k=o為關(guān)斷狀態(tài)。使用中vg, ` 15V為好。開(kāi)關(guān)特性是(k一Vice)曲線(xiàn)?？梢钥闯砷_(kāi)通時(shí)基本與縱軸重合，關(guān)斷時(shí)與橫軸重合。體現(xiàn)開(kāi)通時(shí)壓降小(1000v的管子只有2-3V，相對(duì)MOSFET來(lái)說(shuō)較小)關(guān)斷時(shí)漏電流很小，與場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)。
三、IGBT的動(dòng)態(tài)特性
動(dòng)態(tài)特性主要指開(kāi)通、關(guān)斷二個(gè)過(guò)程有關(guān)的特性，如電流、電壓與時(shí)間的關(guān)系。一般用典型值或曲線(xiàn)來(lái)表示。圖4一29表示開(kāi)通動(dòng)態(tài)特性，開(kāi)通過(guò)程包括ta(o.) (開(kāi)通延遲時(shí)間)Nt.(電流上升時(shí)間)、ttvt(MOSFE’I，單獨(dú)工作時(shí)的電壓下降時(shí)間)、tfv2 (MOSFE’I，與PNP兩器件同時(shí)工作時(shí)的電壓下降時(shí)間)四個(gè)時(shí)間之和。由圖可知各時(shí)間定義范圍。當(dāng)td(.) +‘后集電極電流已達(dá)Ic，此后vc。才開(kāi)始下降，下降分二個(gè)階段，完后v，再指數(shù)上升外加Vge值。二個(gè)階段中t2由MOSFET的柵一漏電容以及晶體管的從放大到飽和狀態(tài)兩個(gè)因素影響。
關(guān)斷時(shí)間也包括td(o0)(關(guān)斷延遲)、‘(電壓上升), tfil (MOSFE’I，電流下降)和tf2(PNP管電流下降)四個(gè)時(shí)間和。吮包括了晶體管存儲(chǔ)電荷恢復(fù)后期時(shí)間，一般較長(zhǎng)一些，因此，對(duì)應(yīng)損耗也大。常希望變小些，以減小功耗，提高開(kāi)關(guān)頻率。這時(shí)，往往又引起通態(tài)壓降增加的問(wèn)題。上述八個(gè)時(shí)間實(shí)際應(yīng)用中常只給出四個(gè)時(shí)間:tom,trIt0ff和tf。圖4一30給出一個(gè)25A,1000v的典型曲線(xiàn)。圖中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、柵極電阻、及結(jié)的溫度有關(guān)。應(yīng)用時(shí)可參考器件的特性線(xiàn)。四個(gè)參數(shù)中toff增加，原因是存儲(chǔ)電荷恢復(fù)時(shí)間引起的。
四、IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)及其方法
IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)需特別關(guān)注。它的正偏柵壓、負(fù)偏柵壓(土Vge)及柵極串聯(lián)電阻R。對(duì)開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間•損耗、承受短路電流能力及dV/dt都有密切的關(guān)系。在合理范圍內(nèi)變化V，和Rg時(shí)其關(guān)系。在掌握IGBT的特性曲線(xiàn)和參數(shù)后可以設(shè)計(jì)柵極的驅(qū)動(dòng)電路。MOSFEI，管的特性。因此，用于MOSFET管的驅(qū)動(dòng)電路均可應(yīng)用。
1.直接驅(qū)動(dòng)法
前面介紹驅(qū)動(dòng)MOSFEI，均有參考價(jià)值。原則上，因它的輸人特性是例如有如下幾種方法:如果要士Vge偏壓，則可參照?qǐng)D4一32(a)示出變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路，圖(b)示出光電禍合隔離驅(qū)動(dòng)電路。圖(b)是雙電源供電的驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)V。使發(fā)光二極管有電流流過(guò)時(shí)，光電禍合器HU的三極管導(dǎo)通，R，上有電流流過(guò)，場(chǎng)效應(yīng)管T1關(guān)斷，在v。作用下，經(jīng)電阻R2, T2管的基一發(fā)極有了偏流，T2迅速導(dǎo)通，經(jīng)R。柵極電阻，IGBT得到正偏壓而導(dǎo)通。當(dāng)幾沒(méi)有脈沖電壓時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光時(shí)，作用過(guò)程相反，T1導(dǎo)通使T3導(dǎo)通，一V。經(jīng)柵極電阻R。加在IGBT的柵一發(fā)極之間，使IGBT迅速關(guān)斷。
2.集成模塊驅(qū)動(dòng)電路
鍍整流器目前較多使用EXB系列集成模塊驅(qū)動(dòng)IGBT。它比分立元件的驅(qū)動(dòng)電路有體積小，效率高，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。它是十六腳型封裝塊。內(nèi)部結(jié)構(gòu)為其典型應(yīng)用電路。EXB840能驅(qū)動(dòng)75A, 1200V的IGBT管。加直流20V作為集成塊工作電源。開(kāi)關(guān)頻率在40千赫以下，整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路動(dòng)作快，信號(hào)延時(shí)不超過(guò)1.5微秒。內(nèi)部利用穩(wěn)壓二極管產(chǎn)生一5V的電壓，除供內(nèi)部應(yīng)用外，也為外用提供負(fù)偏壓。集成塊采用高速光禍輸人隔離，并有過(guò)流檢測(cè)及過(guò)載慢速關(guān)柵等控制功能。
高頻開(kāi)關(guān)電源圖4一34為有過(guò)流檢測(cè)輸人和過(guò)流保護(hù)輸出的一種典型應(yīng)用。當(dāng)IGBT出現(xiàn)過(guò)流時(shí)，腳5出現(xiàn)低電平，光禍Sol有輸出，對(duì)PWM信號(hào)提供一個(gè)封鎖信號(hào)，該信號(hào)使PWM驅(qū)動(dòng)脈沖輸出轉(zhuǎn)化成一系列窄脈沖，對(duì)EXB840實(shí)行軟關(guān)斷。此電路中具有記憶、封鎖保護(hù)功能外，還具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在真正過(guò)流時(shí)(即信號(hào)持續(xù)IO廬以上)才發(fā)生控制動(dòng)作，關(guān)斷IGBT0在要求有較高的負(fù)偏壓輸出，例如一15V時(shí)，對(duì)原3腳與9腳的一5V進(jìn)行簡(jiǎn).單改接。
