IGBT驱动电路-世纪电源网.PDF

IGBT 驱动电路 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由 BJT(双极 型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有 MOSFET 的高输入阻抗和GTR 的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低，载流密度大，但 驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合 了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为 600V 及以 上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 图 1 所示为一个 N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极 称为源极。N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠 栅区边界形成。在漏、源之间的 P 型区（包括 P+ 和 P 一区）（沟道在该区域形成），称为 亚沟道区（ Subchannel region ）。而在漏区另一侧的 P+ 区称为漏注入区（ Drain injector ），它是 IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发 射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的 电极称为漏极。 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，切断基极电流，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 驱动 IGBT 驱动电路是驱动 IGBT 模块以能让其正常工作，并同时对其进行保护的电路。 IGBT 驱动电路的选择 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在今天的电力电子领域中已经得到广泛的应用，在实际使用 中除 IGBT 自身外，IGBT 驱动器的作用对整个换流系统来说同样至关重要。驱动器的选择及 输出功率的计算决定了换流系统的可靠性。驱动器功率不足或选择错误可能会直接导致 IGBT 和驱动器损坏。以下总结了一些关于 IGBT 驱动器输出性能的计算方法以供选型时参考。 IGBT 的开关特性主要取决于 IGBT 的门极电荷及内部和外部的电阻。图 1 是 IGBT 门极 电容分布示意图，其中CGE 是栅极-发射极电容、CCE 是集电极-发射极电容、CGC 是栅极- 集电极电容或称米勒电容（Miller Capacitor）。门极输入电容 Cies 由 CGE 和 CGC 来表 示，它是计算 IGBT 驱动器电路所需输出功率的关键参数。该电容几乎不受温度影响，但与 IGBT 集电极-发射极电压 VCE 的电压有密切联系。在 IGBT 数据手册中给出的电容 Cies 的 值，在实际电路应用中不是一个特别有用的参数，因为它是通过电桥测得的，在测量电路中， 加在集电极上 C 的电压一般只有 25V(有些厂家为 10V)，在这种测量条件下，所测得的结电 容要比 VCE=600V 时要大一些(如图 2)。由于门极的测量电压太低(VGE=0V )而不是门极的门 槛电压，在实际开关中存在的米勒效应（Miller 效应）在测量中也没有被包括在内，在实 际使用中的门极电容Cin 值要比 IGBT 数据手册中给出的电容 Cies 值大很多。因此，在 IGBT 数据手册中给出的电容 Cies 值在实际应用中仅仅只能作为一个参考值使用。 确定 IGBT 的门极电荷 对于设计一个驱动器来说，最重要的参数是门极电荷 QG(门极电压差时的 IGBT 门极总 电荷)，如果在 IGBT 数据手册中能够找到这个参数，那么我们就可以运用公式计算出： 图一 门极驱动能量 E = QG • UGE = QG • [ VG(on) - VG(off) ] 门极驱动功率 PG = E • fSW = QG • [ VG(on) - VG(off) ] • fSW d 驱动器总功率 P = PG + PS （驱动器的功耗）