IGBT的特性和驱动方法

1.IGBT的技术特点

GTO（门极关断晶闸管）和GTR（电力晶体管）是电流驱动器件，具有很强的通流能力，而它们的开关速度较慢，所需驱动功率大，驱动电路复杂。电力MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是单极型电压驱动器件，它的开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小，驱动电路简单。因此这两种器件各有其优缺点。

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）综合了GTR与MOSFET的优点，是以达林顿结构组成的一种新型电力电子器件。其主体部分与晶体管相同，有集电极C和发射极E，具有通流电流大，驱动功率小，驱动电路简单，开关速度快等良好的特性，自从20世纪80年代开始投入市场，应用领域迅速扩展，目前已经取代GTR和GTO，成为大、中功率电力电子设备的主导器件。该器件的工作电压和电流容量也在逐渐提高。

IGBT是GTR和MOSFET相结合的一种新器件，它的输入端和场效应晶体管相同，是绝缘栅结构，图1-9所示为IGBT的内部等效电路及图形符号。

图1-9 IGBT内部等效电路及图形符号

a）等效电路 b）图形符号

2.IGBT的技术参数

IGBT的主要技术参数有如下几个：

1）集电极最大允许电流I_CM：IGBT在饱和导通状态下，允许持续通过的最大电流。

2）栅极驱动电压U_GE：施加在栅极与发射极之间的电压。在变频器应用电路中，使IGBT饱和导通的U_GE为12～20V，而当IGBT截止时，U_GE为-15～-5V。(www.xing528.com)

3）集电极-发射极额定电压U_CEX：IGBT的栅极-发射极短路、管子处在截止状态下集电极与发射极之间能承受的最大电压。

4）开通时间与关断时间：电流从10%I_CM上升到90%I_CM所需要的时间，称作开通时间，用t_ON表示；电流从90%I_CM下降到到10%I_CM所需要的时间，称作关断时间，用t_OFF表示。I_CM是IGBT集电极最大允许电流值。

5）集电极-发射极饱和电压U_CES：IGBT在饱和导通状态下，集电极与发射极之间的电压降。

6）漏电流I_CEO：IGBT在截止状态下的集电极电流。

3.IGBT的使用注意事项

随着电子技术及计算机控制技术的发展，IGBT正日益广泛地应用于小体积、低噪声、高性能的电源、通用变频器和电机控制、伺服控制、不间断电源（UPS）等场合。IGBT在使用过程中，应注意如下问题：

1）一般IGBT的驱动级正向驱动电压U_GE应保持在15～20V，这样可使IGBT的饱和电压较小，损耗降低，避免损坏管子。

2）关断IGBT的栅极驱动电压_-U_GE应大于5V，若这个负电压值太小，集电极电压变化率du/dt可能使管子误导通或不能关断。

3）栅极和驱动信号之间应加一个栅极驱动电阻R_G，该电阻的阻值与管子的额定电流有关，可以在IGBT使用手册中查到。如果不加这个电阻，管子导通瞬间，可能产生电流和电压颤动，增加开关损耗。

4）设备短路时，I_C电流会急剧增加，使U_GE产生一个尖脉冲，这个尖脉冲会进一步增加I_C电流，形成正反馈。为了保护管子，可在栅极—发射极间加一个稳压二极管，钳制G-E电压突然上升。当驱动电压为15V时，稳压管的稳压值可以为16V。