什么是IGBT？

IGBT，中文名字為絕緣柵雙極型晶體管，它是由MOSFET（輸入級(jí)）和PNP晶體管（輸出級(jí)）復(fù)合而成的一種器件，既有MOSFET器件驅(qū)動(dòng)功率小和開(kāi)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)（功率級(jí)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)。

理想等效電路與實(shí)際等效電路如圖所示：

IGBT的驅(qū)動(dòng)要求

IGBT的驅(qū)動(dòng)要求主要包括以下幾個(gè)方面：

1.電壓要求：IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓通常在15V到20V之間，具體取決于IGBT的型號(hào)和應(yīng)用場(chǎng)合。驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致IGBT損壞，而驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)低則可能導(dǎo)致IGBT無(wú)法正常開(kāi)關(guān)。

2.電流要求：IGBT的驅(qū)動(dòng)電流通常在幾安培到十幾安培之間，具體取決于IGBT的型號(hào)和應(yīng)用場(chǎng)合。驅(qū)動(dòng)電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致IGBT損壞，而驅(qū)動(dòng)電流過(guò)小則可能導(dǎo)致IGBT無(wú)法正常開(kāi)關(guān)。

3.速度要求：IGBT的驅(qū)動(dòng)速度應(yīng)該足夠快，以確保在實(shí)際應(yīng)用中能夠快速響應(yīng)外部信號(hào)的變化。驅(qū)動(dòng)速度過(guò)慢可能導(dǎo)致IGBT無(wú)法及時(shí)開(kāi)關(guān)，從而影響系統(tǒng)的性能。

4.穩(wěn)定性要求：IGBT的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該具有良好的穩(wěn)定性，以確保在實(shí)際應(yīng)用中能夠穩(wěn)定工作。驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定性不足可能導(dǎo)致IGBT無(wú)法正常工作，甚至損壞。

IGBT的過(guò)電流保護(hù)

IGBT的過(guò)電流保護(hù)分析

一種包含隔離光耦和過(guò)電流保護(hù)的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，如下圖所示。

為了防止IGBT在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電流現(xiàn)象，通常需要采取一定的過(guò)電流保護(hù)措施。以下是一些常見(jiàn)的過(guò)電流保護(hù)方法：

1.采用保險(xiǎn)絲或斷路器：在IGBT的輸入端串聯(lián)一個(gè)保險(xiǎn)絲或斷路器，當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，保險(xiǎn)絲熔斷或斷路器斷開(kāi)，從而切斷IGBT的輸入電源，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。這種方法簡(jiǎn)單可靠，但可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。

2.采用熱敏電阻：在IGBT的散熱器上安裝一個(gè)熱敏電阻，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，熱敏電阻的阻值發(fā)生變化，從而改變IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓或電流，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。這種方法可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)，但可能會(huì)影響系統(tǒng)的性能。

3.采用過(guò)電流檢測(cè)電路：通過(guò)檢測(cè)IGBT的輸出電流，當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，通過(guò)控制電路切斷IGBT的輸入電源，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。這種方法可以實(shí)現(xiàn)精確的保護(hù)，但需要額外的檢測(cè)電路和控制電路。

4.采用軟關(guān)斷技術(shù)：通過(guò)控制IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓和電流，使其在關(guān)斷過(guò)程中逐漸降低，從而實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。這種方法可以減少關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生的電壓和電流沖擊，降低過(guò)電流的風(fēng)險(xiǎn)。

IGBT的開(kāi)通過(guò)程

在這個(gè)階段，柵極電壓逐漸升高，使得MOS管從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。隨著電導(dǎo)調(diào)制現(xiàn)象，N-基區(qū)內(nèi)部充滿(mǎn)了自由載流子（電子和空穴）。這些載流子的注入使得IGBT導(dǎo)通。然而，大功率IGBT器件內(nèi)部續(xù)流二極管的反向恢復(fù)過(guò)程可能會(huì)增加開(kāi)通損耗，因此這一過(guò)程越來(lái)越受到工程師們的關(guān)注。

IGBT的關(guān)斷過(guò)程

關(guān)斷過(guò)程中，器件柵壓由正壓降低至0或負(fù)柵壓。這時(shí)，MOS管從反型開(kāi)通轉(zhuǎn)為空穴堆積，導(dǎo)致電子溝道關(guān)斷。BJT基極電流消失，電子空穴被逐步建立的空間電荷區(qū)抽離體區(qū)。隨著這個(gè)過(guò)程的繼續(xù)，空間電荷區(qū)擴(kuò)展至芯片背面，背面空穴通過(guò)復(fù)合消失，這被稱(chēng)為拖尾電流。此外，隨著載流子壽命控制等技術(shù)的應(yīng)用，IGBT的關(guān)斷損耗得到了明顯改善。