富士IGBT驱动混合集成电路

IGBT原理和用途

IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给 PNP 晶体管提供基极电流，使 IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使 IGBT 关断。 IGBT 的驱动方法和 MOSFET基本相同，只需控制输入极 N 一沟道 MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。

   当 MOSFET 的沟道形成后，从 P+ 基极注入到 N 一层的空穴（少子），对 N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使 IGBT 在高电压 时，也具有低的通态电压。

   IGBT 的工作特性包括静态和动态两类：

   1 ．静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和 开关特性。

   IGBT 的伏安特性是指以栅源电压 Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压 Ugs 的控 制， Ugs 越高， Id 越大。它与 GTR的输出特性相似．也可分为饱和 区 1 、放大区 2 和击穿特性 3 部分。在截止状态下的 IGBT ，正向电 压由 J2结承担，反向电压由 J1 结承担。如果无 N+ 缓冲区，则正反 向阻断电压可以做到同样水平，加入 N+ 缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些应用范围。

   IGBT 的转移特性是指输出漏极电流 Id 与栅源电压 Ugs 之间的 关系曲线。它与 MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电 压 Ugs(th) 时， IGBT 处于关断状态。在 IGBT 导通后的大部分漏极电 流范围内，Id 与 Ugs 呈线性关系。*高栅源电压受*大漏极电流限 制，其*佳值一般取为 15V 左右。

   IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。 IGBT 处于导通态时，由于它的 PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其 B 值 极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过 MOSFET 的电流成为 IGBT总电流的主要部分。此时，通态电压 Uds(on) 可用下式表示

   Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh 

   式中 Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为 0.7 ～ IV ；

   Udr ——扩展电阻 Rdr 上的压降；

   Roh ——沟道电阻。

   通态电流 Ids 可用下式表示：

   Ids=(1+Bpnp)Imos

   式中 Imos ——流过 MOSFET 的电流。

   由于 N+ 区存在电导调制效应，所以 IGBT 的通态压降小，耐压 1000V 的 IGBT 通态压降为 2～ 3V 。

   IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。

   2 ．动态特性 IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为 MOSFET 来运行的，只是在漏源电压 Uds下降过程后期， PNP 晶体 管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。 td(on) 为开通延迟时间， tri为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间 ton 即为 td (on) tri 之和。漏源电压的下降时间由 tfe1 和tfe2 组成，

  IGBT 在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为 MOSFET 关断后， PNP晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间， td(off) 为关断延迟时间， trv 为电压 Uds(f)的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间 Tf 由 t(f1) 和 t(f2) 两段组成，而漏极电流的关断时间

   t(off)=td(off)+trv 十 t(f) 

式中， td(off) 与 trv 之和又称为存储时间。

IGBT是一种新型的电力电子原件，主要用于电源领域。如变频器，电焊机，软开关电源等。通过模拟或数字电路控制通断来提供不同的电压和电流。

它比晶闸管开关频率更高。对电网影响小。是结合MOSFET和GTO发展而来的新型电力器件。

缺点：不能做大电压，因此后来发展了耐压的IGBT。