IGBT驱动保护.DOCVIP

IGBT驱动保护及典型应用 摘 要 IGBT（绝缘栅双极晶体管复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件,既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大的优点引 言 1 1、IGBT的基本结构 1 2、IGBT的工作原理 3 2.1 IGBT的工作特性 3 3、 IGBT的驱动 5 3.1驱动电路设计要求 5 3.2 几种常用IGBT的驱动电路 6 4、IGBT驱动保护 7 4.1 驱动保护电路的原则 7 4.2 IGBT栅极的保护 8 4.3 IGBT的过电流保护 9 4.3.1 驱动过流保护电路的驱动过流保护原则 9 4.3.2 IGBT过流保护电路设计 9 4.3.3具有过流保护功能的IGBT驱动电路的研究 11 4.4 IGBT开关过程中的过电压保护 13 4.5 IGBT的过热保护 15 4.6 IGBT驱动保护设计总结 15 5.IGBT专用集成驱动模块M57962AL介绍 16 6. IGBT在变频器中的典型应用 19 结 论 20 参考文献 21  引 言 随着国民经济各领域与国防工业对于电能变换和处理的要求不断提高，以及 要满足节能与新能源开发的需求，作为电能变换装置核心部件的功率半导体器件 也起着越来越重要的作用。 IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）自1982年由 GE公司和RCA公司宣布以来，引起世界许多半导体厂家和研究者的重视，伴随 而来的是IGBT的技术高速发展，其应用领域不断扩展它不仅在工业应用中取代了MOSFET和GTR（Giant Transistor，巨型晶体管），甚至已扩展到SCR（Silicon Controlled Rectifier，可控硅整流器）和GTO（Gate Turn-Off Thyristor，门控晶闸 管）占优势的大功率应用领域，还在消费类电子应用中取代了BJT和MOSFET功 率器件的许多应用领域IGBT额定电压和额定电流所覆盖的输出容量已达到6MVA，商品化IGBT模块的最大额定电流已达到3.6 kA，最高阻断电压为6.5kV，并已成功应用在许多中、高压电力电子系统中。另一方面，由于IGBT具有电导调制效应，电流密度比MOSFET的大，因而在同等容量下，其成本比MOSFET低。一种短拖尾电流的高频类600V的IGBT分离器件已面世，其硬开关频率可达150 kHz，已进一步扩展到功率MOSFET的应用领域。 1、IGBT的基本结构 绝缘栅双极晶体管（IGBT）本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区之间多了一个P型层。根据国际电工委员会的文件建议，其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。 IGBT的结构剖面图如图1-1所示，IGBT在结构上类似于MOSFET，其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET的N+基板（漏极）上增加了一个P+基板（IGBT的集电极），形成PN结j1，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。 正是由于IGBT是在N沟道MOSFET的N+基板上加一层P+基板，形成了四层结构，由PNP－NPN晶体管构成IGBT。但是，NPN晶体管和发射极由于铝电极短路，设计时尽可能使NPN不起作用。所以说，IGBT的基本工作与NPN晶体管无关，可以认为是将N沟道MOSFET作为输入极，PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。 图1-1 IGBT的结构剖面图 由图1-1(a)可以看出，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR，其简化等效电路如图1-2(b)所示。图中Rff是厚基区GTR的扩展电阻。IGBT是以GTR为主导件、MOSFET为驱动件的复合结构。 若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。 IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定： ——IGBT栅极与发射极之间的电压； ——IGBT集电极与发射极之间的电压； ——流过IGBT集电极－发射极的电流； ——IGBT的结温。 如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏；同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压，流过IGBT集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能会永久性损坏。 IGBT的开通