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　　1 引言

　　隨著半導體元件制造工藝的完善和制造技術的提高，半導體功率元件正朝著大電流、高電壓、快通斷、功耗小、易保護、模塊化方向發(fā)展，現(xiàn)已出現(xiàn)了雙極性晶體管GTR、功率場效應管MOSFET、功率絕緣柵控雙極性晶體管IGBT。IGBT晶體管是集GTR與MOSFET二者優(yōu)點于一體的復合器件，它既有MOSFET的輸入阻抗高、速度快、開關損耗小、驅動電路簡單、要求驅動功率小、極限工作溫度高、易驅動的特點，又具有功率晶體管GTR的通態(tài)電壓低、耐壓高和電流容量大的優(yōu)點，為電壓控制通斷的自關斷器件，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于數(shù)十kHz頻率范圍內(nèi)，功率元件IGBT正日益廣泛地應用于體積小、噪音低、性能高的變頻電源及大功率的交流伺服電機的調(diào)速系統(tǒng)中，在較高頻率的大、中功率應用中占據(jù)了主導地位，并已開始在上述領域中取代功率雙極性晶體管GTR 和功率場效應管MOSFET 中。與GTR和MOSFET一樣，IGBT應用的關鍵問題是驅動電路和保護電路，本文根據(jù)在實際工作中對IGBT的應用討論有關IGBT的驅動及保護問題。

　　2 IGBT對控制驅動電路的要求

　　功率IGBT是電壓驅動元件，具有一個(3～6)V的閾值電壓，有一個較大的容性輸入阻抗，對柵極電荷非常敏感，故驅動電路必須很可靠，IGBT開關特性和安全工作區(qū)隨著柵極驅動電路性能的變化而變化，驅動電路性能直接決定IGBT能否正常工作，IGBT常采用柵極驅動，與其它自關斷器件一樣，IGBT對驅動電路也有一些特殊要求。

　　極驅動電壓UGE。在IGBT開通時，脈沖前沿很陡的柵極電壓加到柵極和發(fā)射極之間，使IGBT快速開通，開通時間短，減小開通損耗;在關斷時，下降沿陡的反向偏置電壓加到柵極與發(fā)射極間，使之快速關斷，減小關斷損耗。因此，用內(nèi)阻小的驅動源對柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓UGE有足夠陡的前后沿，使IGBT的開關損耗盡量小。IGBT導通中及瞬時過載時，柵極驅動源應能提供足夠的功率，使IGBT不退出飽和而損壞。

　　閾值電壓UGE(th)由器件本身性能決定，實際應用中UGE應不小于(1.5～2.5)UGE(th)，以利獲得最小導通壓降。當UGE增加時，導通狀態(tài)下的集射電壓UCE壓減小，通態(tài)壓降和開通損耗均下降;但負載過程中UGE增加，集電極電流Ic也隨之增加，IGBT能承受短路電流的時間減小，對其安全不利，因此在有短路過程的設備中Uge應選得小些，由于飽和導通電壓是IGBT發(fā)熱的主要原因之一，因此必須盡量減小。綜合考慮，一般選+15V;IGBT關斷時，柵射極間加反偏電壓有利于IGBT迅速關斷，但反偏電壓-UGE受柵射極間反向最大耐壓限制，過大則造成柵射極的反向擊穿，一般-UGE為(-2～-10)V，通常取-5 V關柵電壓。電路上采用穩(wěn)壓管的辦法，用+20 V 電壓來產(chǎn)生+15V 開柵電壓和-5V關柵電壓。

　　柵極電阻RG。IGBT 的輸入阻抗高達109～ 1011歐姆，且為純?nèi)菪缘模恍柚绷麟娏鳎谒臇艠O～發(fā)射極間施加十幾伏的電壓，只有uA級的漏電流流過，基本上不消耗功率。為了改善控制脈沖前后沿陡度，減少IGBT集電極大的電壓尖脈沖，需在柵極串聯(lián)電阻RG，柵極串聯(lián)電阻和驅動電路內(nèi)阻抗對IGBT的開通過程影響較大，而對關斷過程影響小一些，串聯(lián)電阻小有利于加快關斷速率，減小關斷損耗，但過小會造成di/dt增高，產(chǎn)生較大的集電極電壓尖峰，可能引起誤導通或損壞IGBT。因此對串聯(lián)電阻要根據(jù)具體電流容量和電壓額定值及開關頻率的不同，選擇合適的阻值，而且柵極串聯(lián)電阻應隨著IGBT電流容量的增加而減小。一般RG為十幾歐至幾百歐。

　　柵射電阻RGE。當集射極問加有高壓時易受干擾使柵射電壓超過UGE(th)引起誤導通，在柵射極間并接一柵射電阻RGE可防止此現(xiàn)象發(fā)生;RGE阻值太小，會使IGBT開通時間變大，降低了開關頻率，通常RGE取(1000～5000)RG。并將RGE并在柵極與射極最近處。此外，為防止出現(xiàn)尖峰電壓，在柵射間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓值與開柵電壓+UGE和關柵電壓-UGE相同，方向相反。

　　柵極驅動電路要簡單、實用，抗干擾性能好，自身保護功能完整，到IGBT的引出線盡量短，采用雙絞線，驅動電路與控制電路采用光電耦合隔離。