igbt 工作原理及应用 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的保护 引言 绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP 晶体管,因此,可以把其看作是MOS 输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET 器件驱动简单和快速的优点,又具有双极型器件容量大的优点,因而,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。 在中大功率的开关电源装置中,IGBT 由于其控制驱动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点,已逐步取代晶闸管或 GTO。但是在开关电源装置中,由于它工作在高频与高电压、大电流的条件下,使得它容易损坏,另外,电源作为系统的前级,由于受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大,故 IGBT 的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而,在选择 IGBT 时除了要作降额考虑外,对 IGBT 的保护设计也是电源设计时需要重点考虑的一个环节。 1 IGBT 的工作原理 IGBT 的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则 MOSFET 导通,这样 PNP 晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若 IGBT 的栅极和发射极之间电压为0V,则 MOSFET 截止,切断 PNP 晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止 由此可知,IGBT 的安全可靠与否主要由以下因素决定： ——IGBT 栅极与发射极之间的电压; ——IGBT 集电极与发射极之间的电压; ——流过IGBT 集电极－发射极的电流; ——IGBT 的结温。 如果 IGBT 栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则 IGBT 不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则 IGBT 可能永久性损坏;同样,如果加在 IGBT 集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT 集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT 的结温超过其结温的允许值,IGBT 都可能会永久性损坏。 2 保护措施 在进行电路设计时,应针对影响 IGBT 可靠性的因素,有的放矢地采取相应的保护措施。 2．1 IGBT 栅极的保护 IGBT的栅极－发射极驱动电压VGE的保证值为±20V,如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压,则可能会损坏 IGBT,因此,在IGBT 的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外,若 IGBT 的栅极与发射极间开路,而在其集电极与发射极之间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在,使得栅极电位升高,集电极－发射极有...
