《電力電子技術(shù)》課件-2.6絕緣柵雙極晶體管IGBT的使用及檢測

絕緣柵雙極晶體管IGBT的使用及檢測—電力電子器件—IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理第一章IGBT的基本特性第二章目錄頁IGBT的主要參數(shù)和擎住效應(yīng)第三章IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)第三章IGBT的檢測第三章IGBT的使用及檢測IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡單。絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，因而具有良好的特性。IGBT的使用及檢測IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理◆IGBT的結(jié)構(gòu)

?是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。?由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的IGBT，比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流能力。?簡化等效電路表明，IGBT是用GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。IGBT的使用及檢測IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理◆IGBT的工作原理

?其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的。

√當(dāng)UGE為正且大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使IGBT導(dǎo)通。

√當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得IGBT關(guān)斷。

?電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電阻RN減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。

IGBT的使用及檢測IGBT的基本特性◆轉(zhuǎn)移特性描述的是集電極電流IC與柵射電壓UGE之間的關(guān)系。開啟電壓UGE(th)是IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓，隨溫度升高而略有下降。圖IGBT的轉(zhuǎn)移特性

IGBT的使用及檢測IGBT的基本特性◆輸出特性描述的是以柵射電壓為參考變量時(shí)，集電極電流IC與集射極間電壓UCE之間的關(guān)系。

分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。

當(dāng)UCE<0時(shí)，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。

在電力電子電路中，IGBT工作在開關(guān)狀態(tài)，因而是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。圖IGBT的輸出特性IGBT的使用及檢測IGBT的主要參數(shù)和擎住效應(yīng)(1)極射極額定電壓UCES。柵射極短路時(shí)集射極的最大耐壓值，是根據(jù)器件內(nèi)部的PNP晶體管的雪崩擊穿電壓而規(guī)定的。(2)柵射極額定電壓UGES。柵極的電壓控制信號(hào)額定值，柵極電壓在額定電壓值很小的范圍內(nèi)，才能使IGBT導(dǎo)通而不致?lián)p壞。(3)柵射極開啟電壓UGE(th)。使IGBT導(dǎo)通所需的最小柵射極電壓。通常，IGBT的開啟電壓UGE(th)在3~5.5V之間。(4)集電極額定電流IC。在額定的測試溫度(殼溫為25℃)條件下,IGBT所允許的集電極最大直流電流。(5)集電極飽和電壓UCEO。IGBT在飽和導(dǎo)通時(shí)，通過額定電流的極射極電壓，代表了IGBT的通態(tài)損耗大小。通常IGBT的集電極飽和電壓UCEO在1.5~3V之間。(6)最大集電極功耗PCM。在正常溫度下允許的最大耗散功率。IGBT的使用及檢測IGBT的主要參數(shù)和擎住效應(yīng)?在IGBT內(nèi)部寄生著一個(gè)N-PN+晶體管和作為主開關(guān)器件的P+N-P晶體管組成的寄生晶閘管。其中NPN晶體管的基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會(huì)在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對(duì)J3結(jié)施加一個(gè)正向偏壓，一旦J3開通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制作用，電流失控，這種現(xiàn)象稱為擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)。?引發(fā)擎住效應(yīng)的原因，可能是集電極電流過大（靜態(tài)擎住效應(yīng)），dUCE/dt過大（動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)），或溫度升高。

?動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流還要小，因此所允許的最大集電極電流實(shí)際上是根據(jù)動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)而確定的。IGBT的使用及檢測IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電路的要求：

(1)柵極驅(qū)動(dòng)電壓脈沖的上升率和下降率要充分大。(2)在IGBT導(dǎo)通后，柵極驅(qū)動(dòng)電路提供給IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓和電流要具有足夠的幅度。(3)在開關(guān)應(yīng)用的IGBT的柵極電壓以+15~10V為最佳。(4)反向負(fù)偏壓-UGE受IGBT柵-射極之間反向最大耐壓的限制，一般為-2~-10V。(5)輸出阻抗應(yīng)盡可能地低。(6)使用多個(gè)不等電位的IGBT時(shí)，為了解決電位隔離的問題，應(yīng)使用光隔離器。IGBT的使用及檢測IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)IGBT的保護(hù)：

由于IGBT由雙極型三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管組成的，所以對(duì)其保護(hù)結(jié)合了MOSFET和BJT兩者的特點(diǎn)。

采取的保護(hù)主要有：靜電保護(hù)、過電流保護(hù)、短路保護(hù)。

IGBT的使用及檢測IGBT的檢測（1）使用萬用表：

由于首先打開數(shù)字萬用表，選擇蜂鳴檔。將測試線連接到IGBT端子。保持測試引線連接幾秒鐘，如果萬用表蜂鳴器有響聲，IGBT不良(損壞)狀態(tài)，如果萬用表蜂鳴器不響，IGBT狀態(tài)良好。

IGBT的使用及檢測IGBT的