富士IGBT驅動混合集成電路

IGBT原理和用途

IGBT 的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給 PNP 晶體管提供基極電流，使 IGBT導通。反之，加反向門極電壓消除溝道，流過反向基極電流，使 IGBT 關斷。 IGBT 的驅動方法和 MOSFET基本相同，只需控制輸入極 N 一溝道 MOSFET ，所以具有高輸入阻抗特性。

   當 MOSFET 的溝道形成后，從 P+ 基極注入到 N 一層的空穴（少子），對 N 一層進行電導調制，減小N 一層的電阻，使 IGBT 在高電壓 時，也具有低的通態電壓。

   IGBT 的工作特性包括靜態和動態兩類：

   1 ．靜態特性 IGBT 的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性和 開關特性。

   IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓 Ugs 為參變量時，漏極電流與柵極電壓之間的關系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓 Ugs 的控 制， Ugs 越高， Id 越大。它與 GTR的輸出特性相似．也可分為飽和 區 1 、放大區 2 和擊穿特性 3 部分。在截止狀態下的 IGBT ，正向電 壓由 J2結承擔，反向電壓由 J1 結承擔。如果無 N+ 緩沖區，則正反 向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入 N+ 緩沖區后，反向關斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些應用范圍。

   IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流 Id 與柵源電壓 Ugs 之間的 關系曲線。它與 MOSFET的轉移特性相同，當柵源電壓小于開啟電 壓 Ugs(th) 時， IGBT 處于關斷狀態。在 IGBT 導通后的大部分漏極電 流范圍內，Id 與 Ugs 呈線性關系。*高柵源電壓受*大漏極電流限 制，其*佳值一般取為 15V 左右。

   IGBT 的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。 IGBT 處于導通態時，由于它的 PNP晶體管為寬基區晶體管，所以其 B 值 極低。盡管等效電路為達林頓結構，但流過 MOSFET 的電流成為 IGBT總電流的主要部分。此時，通態電壓 Uds(on) 可用下式表示

   Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh 

   式中 Uj1 —— JI 結的正向電壓，其值為 0.7 ～ IV ；

   Udr ——擴展電阻 Rdr 上的壓降；

   Roh ——溝道電阻。

   通態電流 Ids 可用下式表示：

   Ids=(1+Bpnp)Imos

   式中 Imos ——流過 MOSFET 的電流。

   由于 N+ 區存在電導調制效應，所以 IGBT 的通態壓降小，耐壓 1000V 的 IGBT 通態壓降為 2～ 3V 。

   IGBT 處于斷態時，只有很小的泄漏電流存在。

   2 ．動態特性 IGBT 在開通過程中，大部分時間是作為 MOSFET 來運行的，只是在漏源電壓 Uds下降過程后期， PNP 晶體 管由放大區至飽和，又增加了一段延遲時間。 td(on) 為開通延遲時間， tri為電流上升時間。實際應用中常給出的漏極電流開通時間 ton 即為 td (on) tri 之和。漏源電壓的下降時間由 tfe1 和tfe2 組成，

  IGBT 在關斷過程中，漏極電流的波形變為兩段。因為 MOSFET 關斷后， PNP晶體管的存儲電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長的尾部時間， td(off) 為關斷延遲時間， trv 為電壓 Uds(f)的上升時間。實際應用中常常給出的漏極電流的下降時間 Tf 由 t(f1) 和 t(f2) 兩段組成，而漏極電流的關斷時間

   t(off)=td(off)+trv 十 t(f) 

式中， td(off) 與 trv 之和又稱為存儲時間。

IGBT是一種新型的電力電子原件，主要用于電源領域。如變頻器，電焊機，軟開關電源等。通過模擬或數字電路控制通斷來提供不同的電壓和電流。

它比晶閘管開關頻率更高。對電網影響小。是結合MOSFET和GTO發展而來的新型電力器件。

缺點：不能做大電壓，因此后來發展了耐壓的IGBT。