基于一種IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案

IGBT的概念是20世紀(jì)80年代初期提出的。IGBT具有復(fù)雜的集成結(jié)構(gòu)，它的工作頻率可以遠(yuǎn)高于雙極晶體管。IGBT已經(jīng)成為功率半導(dǎo)體器件的主流。在10～100 kHz的中高壓大電流的范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。IGBT進(jìn)一步簡(jiǎn)化了功率器件的驅(qū)動(dòng)電路和減小驅(qū)動(dòng)功率。

　　IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷是由柵極電壓來(lái)控制的。

　　當(dāng)柵極施以正電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流，從而使IGBT導(dǎo)通。此時(shí)從N+區(qū)注入到N-區(qū)的空穴(少子)對(duì)N-區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減?、魠^(qū)的電阻Rdr ，使阻斷電壓高的IGBT也具有低的通態(tài)壓降。當(dāng)柵極上施以負(fù)電壓時(shí)。MOSFET內(nèi)的溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT即被關(guān)斷。

　　在IGBT導(dǎo)通之后。若將柵極電壓突然降至零，則溝道消失，通過(guò)溝道的電子電流為零，使集電極電流有所下降，但由于N-區(qū)中注入了大量的電子和空穴對(duì)，因而集電極電流不會(huì)馬上為零，而出現(xiàn)一個(gè)拖尾時(shí)間。

　　2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

　　2.1 IGBT器件型號(hào)選擇

　　1)IGBT承受的正反向峰值電壓

　　考慮到2-2.5倍的安全系數(shù)，可選IGBT的電壓為1 200 V。

　　2)IGBT導(dǎo)通時(shí)承受的峰值電流。

　　額定電流按380 V供電電壓、額定功率30 kVA容量算。選用的IGBT型號(hào)為SEMIKRON公司的SKM400GA128D。

　　2.2 IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)要求

　　對(duì)于大功率IGBT，選擇驅(qū)動(dòng)電路基于以下的參數(shù)要求：器件關(guān)斷偏置、門(mén)極電荷、耐固性和電源情況等。門(mén)極電路的正偏壓VGE負(fù)偏壓-VGE和門(mén)極電阻RG的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)壓降、開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力以及dv/dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。門(mén)極驅(qū)動(dòng)條件與器件特性的關(guān)系見(jiàn)表1。柵極正電壓 的變化對(duì)IGBT的開(kāi)通特性、負(fù)載短路能力和dVcE/dt電流有較大影響，而門(mén)極負(fù)偏壓則對(duì)關(guān)斷特性的影響比較大。在門(mén)極電路的設(shè)計(jì)中，還要注意開(kāi)通特性、負(fù)載短路能力和由dVcE/dt 電流引起的誤觸發(fā)等問(wèn)題(見(jiàn)表1)。

　　表1 IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)條件與器件特性的關(guān)系

　　由于IGBT的開(kāi)關(guān)特性和安全工作區(qū)隨著柵極驅(qū)動(dòng)電路的變化而變化，因而驅(qū)動(dòng)電路性能的好壞將直接影響IGBT能否正常工作。為使IGBT能可靠工作。IGBT對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路提出了以下要求。