IGBT，中文名字為絕緣柵雙極型晶體管，它是由MOSFET（輸入級）和PNP晶體管（輸出級）復(fù)合而成的一種器件，既有MOSFET器件驅(qū)動(dòng)功 率小和開關(guān)速度快的特點(diǎn)（控制和響應(yīng)），又有雙極型器件飽和壓降低而容量大的特點(diǎn)（EMCEMIESDDesign.html" target="_blank">功率級較為耐用），頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常 工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)�！ ±硐氲刃�電路與實(shí)際等效電路如圖所示：
動(dòng)態(tài)特性的簡易過程可從下面的表格和圖形中獲�。�
IGBT 在開通過程中，分為幾段時(shí)間 1.與MOSFET類似的開通過程，也是分為三段的充電時(shí)間 2.只是在漏源DS電壓下降過程后期，PNP晶體管由放大區(qū)至飽和過程中增加了一段延遲時(shí)間。 在上面的表格中，定義了了：開通時(shí)間Ton，上升時(shí)間Tr和Tr.i 除了這兩個(gè)時(shí)間以外，還有一個(gè)時(shí)間為開通延遲時(shí)間td.on:td.on=Ton-Tr.i IGBT在關(guān)斷過程 IGBT在關(guān)斷過程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥巍?br /> 第一段是按照MOS管關(guān)斷的特性的 第二段是在MOSFET關(guān)斷后，PNP晶體管上存儲(chǔ)的電荷難以迅速釋放，造成漏極電流較長的尾部時(shí)間。 在上面的表格中，定義了了：關(guān)斷時(shí)間Toff，下降時(shí)間Tf和Tf.i 除了表格中以外，還定義trv為DS端電壓的上升時(shí)間和關(guān)斷延遲時(shí)間td（off）。 漏極電流的下降時(shí)間Tf由圖中的t（f1）和t（f2）兩段組成，而總的關(guān)斷時(shí)間可以稱為toff=td（off）+trv十t（f），td（off）+trv之和又稱為存儲(chǔ)時(shí)間。 從下面圖中可看出詳細(xì)的柵極電流和柵極電壓，CE電流和CE電壓的關(guān)系：
開啟過程
C.CE 集電極-發(fā)射極電容 C.GC 門級-集電極電容（米勒電容）
Cres = CGC 反向電容 Coes = CGC + CCE 輸出電容 根據(jù)充電的詳細(xì)過程，可以下圖所示的過程進(jìn)行分析
第2階段：柵極電流對Cge和Cgc電容充電，IGBT的開始開啟的過程了，集電極電流開始增加，達(dá)到最大負(fù)載電流電流IC，由于存在二極管的反向恢復(fù)電流，因此這個(gè)過程與MOS管的過程略有不同，同時(shí)柵極電壓也達(dá)到了米勒平臺電壓。 第3階段：柵極電流對Cge和Cgc電容充電，這個(gè)時(shí)候VGE是完全不變的，值得我們注意的是Vce的變化非�？臁� 第4階段：柵極電流對Cge和Cgc電容充電，隨著Vce緩慢變化成穩(wěn)態(tài)電壓，米勒電容也隨著電壓的減小而增大。Vge仍舊維持在米勒平臺上。 第5階段：這個(gè)時(shí)候柵極電流繼續(xù)對Cge充電，Vge電壓開始上升，整個(gè)IGBT完全打開。 我的一個(gè)同事在做這個(gè)將整個(gè)過程等效為一階過程。 如果以這個(gè)電路作為驅(qū)動(dòng)電路的話：
驅(qū)動(dòng)的等效電路可以表示為：
這么算的話，就等于用指數(shù)曲線，代替了整個(gè)上升過程，結(jié)果與等效的過程還是有些差距的。 不過由于C.GE，C.CE，C.GC是變化的，而且電容兩端的電壓時(shí)刻在變化，我們無法完全整理出一條思路來。 很多供應(yīng)商都是推薦使用Qg來做運(yùn)算，計(jì)算方法也可以整理出來，唯一的變化在于Qg是在一定條件下測定的，我們并不知道這種做法的容差是多少。
因此如果有人要核算整個(gè)柵極控制時(shí)序和時(shí)間，利用電容充電的辦法大致給出一個(gè)很粗略的結(jié)果是可以的，如果要精確的，算不出來。 對于門級電阻來說，每次開關(guān)都屬于瞬態(tài)功耗，可以使用以前介紹過的電阻的瞬態(tài)功率進(jìn)行驗(yàn)算吧。 電阻抗脈沖能力 我們選電阻的大小是為了提供足夠的電流，也是為了足夠自身散熱情況。 前級的三極管，這個(gè)三極管的速度要非�？�，否則如果進(jìn)入飽和的時(shí)間不夠短，在充電的時(shí)候?qū)⒖赡苡秀Q制作用，因此我對于這個(gè)電路的看法是一定要做測試。空載的和帶負(fù)載的，可能情況有很大的差異。 柵極驅(qū)動(dòng)的改進(jìn)歷程和辦法（針對米勒平臺關(guān)斷特性）
柵極電阻：其目的是改善控制脈沖上升沿和下降沿的斜率，并且防止寄生電感與電容振蕩，限制IGBT集電極電壓的尖脈沖值。 柵極電阻值小——充放電較快，能減小開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗，增強(qiáng)工作的耐固性，避免帶來因dv/dt的誤導(dǎo)通。缺點(diǎn)是電路中存在雜散電感在IGBT上產(chǎn)生大的電壓尖峰，使得柵極承受噪聲能力小，易產(chǎn)生寄生振蕩。 柵極電阻值大——充放電較慢，開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗增大。
柵極參數(shù)對電路的影響 IGBT內(nèi)部的續(xù)流二極管的開關(guān)特性也受柵極電阻的影響，并也會(huì)限制我們選取柵極阻抗的最小值。IGBT的導(dǎo)通開關(guān)速度實(shí)質(zhì)上只能與所用續(xù)流二極管反向恢 復(fù)特性相兼容的水平。柵極電阻的減小不僅增大了IGBT的過電壓應(yīng)力，而且由于IGBT模塊中di/dt的增大，也增大了續(xù)流二極管的過壓極限。
柵極電阻與關(guān)斷變化圖 柵極驅(qū)動(dòng)的印刷電路板布線需要非常注意，核心問題是降低寄生電感，對防止?jié)撛诘恼袷帲瑬艠O電壓上升速率，噪音損耗的降低，降低柵極電壓的需求或減小柵極保護(hù)電路的效率有較大的影響。
因此將驅(qū)動(dòng)至柵極的引線加粗，將之間的寄生電感減至最低。控制板與柵極驅(qū)動(dòng)電路需要防止功率電路和控制電路之間的電感耦合。
柵極保護(hù) 為了保險(xiǎn)起見，可采用TVS等柵極箝位保護(hù)電路，考慮放置于靠近IGBT模塊的柵極和發(fā)射極控制端子附近。IGBT基礎(chǔ)與運(yùn)用-2 中英飛凌的電路比較典型。 耦合干擾與噪聲 IGBT的開關(guān)會(huì)使用相互電位改變，PCB板的連線之間彼此不宜太近，過高的dv/dt會(huì)由寄生電容產(chǎn)生耦合噪聲。要減少器件之間的寄生電容，避免產(chǎn)生耦合噪聲。
死區(qū)時(shí)間（空載時(shí)間）設(shè)置 在控制中，人為加入上下橋臂同時(shí)關(guān)斷時(shí)間，以保證驅(qū)動(dòng)的安全性。死區(qū)時(shí)間大，模塊工作更加可靠，但會(huì)帶來輸出波形的失真及降低輸出效率。死區(qū)時(shí)間小，輸出波形要好一些，只是會(huì)降低可靠性，一般為us級，典型數(shù)值在3us以上。
IGBT柵極引起的問題列表（紅色部分圈注的）：
文章來源：OFweek電子工程網(wǎng) 其它內(nèi)容參見：IGBT 系統(tǒng)設(shè)計(jì)攻略 |
