基于一種IGBT驅(qū)動電路的設(shè)計方案

IGBT的概念是20世紀80年代初期提出的。IGBT具有復(fù)雜的集成結(jié)構(gòu)，它的工作頻率可以遠高于雙極晶體管。IGBT已經(jīng)成為功率半導(dǎo)體器件的主流。在10～100 kHz的中高壓大電流的范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。IGBT進一步簡化了功率器件的驅(qū)動電路和減小驅(qū)動功率。

　　IGBT的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來控制的。

　　當柵極施以正電壓時，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流，從而使IGBT導(dǎo)通。此時從N+區(qū)注入到N-區(qū)的空穴(少子)對N-區(qū)進行電導(dǎo)調(diào)制，減?、魠^(qū)的電阻Rdr ，使阻斷電壓高的IGBT也具有低的通態(tài)壓降。當柵極上施以負電壓時。MOSFET內(nèi)的溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT即被關(guān)斷。

　　在IGBT導(dǎo)通之后。若將柵極電壓突然降至零，則溝道消失，通過溝道的電子電流為零，使集電極電流有所下降，但由于N-區(qū)中注入了大量的電子和空穴對，因而集電極電流不會馬上為零，而出現(xiàn)一個拖尾時間。

　　2 驅(qū)動電路的設(shè)計

　　2.1 IGBT器件型號選擇

　　1)IGBT承受的正反向峰值電壓

　　考慮到2-2.5倍的安全系數(shù)，可選IGBT的電壓為1 200 V。

　　2)IGBT導(dǎo)通時承受的峰值電流。

　　額定電流按380 V供電電壓、額定功率30 kVA容量算。選用的IGBT型號為SEMIKRON公司的SKM400GA128D。

　　2.2 IGBT驅(qū)動電路的設(shè)計要求

　　對于大功率IGBT，選擇驅(qū)動電路基于以下的參數(shù)要求：器件關(guān)斷偏置、門極電荷、耐固性和電源情況等。門極電路的正偏壓VGE負偏壓-VGE和門極電阻RG的大小，對IGBT的通態(tài)壓降、開關(guān)時間、開關(guān)損耗、承受短路能力以及dv/dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。門極驅(qū)動條件與器件特性的關(guān)系見表1。柵極正電壓 的變化對IGBT的開通特性、負載短路能力和dVcE/dt電流有較大影響，而門極負偏壓則對關(guān)斷特性的影響比較大。在門極電路的設(shè)計中，還要注意開通特性、負載短路能力和由dVcE/dt 電流引起的誤觸發(fā)等問題(見表1)。

　　表1 IGBT門極驅(qū)動條件與器件特性的關(guān)系

　　由于IGBT的開關(guān)特性和安全工作區(qū)隨著柵極驅(qū)動電路的變化而變化，因而驅(qū)動電路性能的好壞將直接影響IGBT能否正常工作。為使IGBT能可靠工作。IGBT對其驅(qū)動電路提出了以下要求。