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1、IGBT及其驱动和保护电路的研究第16卷 第1期2006年2月茂名学院学报JOURNALOFMAOMINGCOLLEGEVol.16 No.1February.2006文章编号:1671-6590(2006)01-0040-04杨柏松,罗如山Ξ(茂名学院计算机与电子信息学院,广东茂名525000)摘 要: 优越的性能使IGBT成为大中电力电子装置首选的功率器件,关键。该文介绍了IGBT的研发新进展,研究了IGBT为驱动器的实用电路。研究表明,IG关键词: IGBT;栅极驱动;保护电路中图分类号:TM321 文献标识码 1 IGBT1.1 IGBT结构与工作原理IGBT(I
2、nsulatedGateBipolarTransistor)是隔离栅极双晶体管的缩写,它的结构与MOSFET类似,只是多了一个P层,引出作为发射极,栅极、集电极与MOSFET完全相似。按其缓冲区不同分为对称型和非对称型。对称型具有正、反向特性对称,都有阻断能力;非对称型,正向有阻断能力,反向阻断能力低,但它的正———————————————————————————————————————————————[1]向导通压降小,关断快,电流拖尾小,而对称型没有这些优点。工作时IGBT由栅极电压正、负来控制。加上正栅极电压时,绝缘栅下形成沟道,为PNP晶体管提供了流动的基极电流,从
3、而使PNP管(即整个IGBT)导通。加上负栅极电压时,IGBT工作过程相反,形成关断。1.2 IGBT技术发展趋势 IGBT是新型电力电子器件的一个子重要分支。IGBT于80年代初首先由东芝公司推出,80年代末、90年代初进入实用化。至今,IGBT经历了从第一代到第四代的发展,在开发IGBT的技术中,随着产品的更新换代,制造技术不断提高。IGBT技术发展趋势μ表现在:①功率器件主要采用1m以下的加工尺寸。发射极间饱和电压UCE(sat)降低了50%左右,电流下降时间tf提高到60%左右。表1[2]30+表1 几代变迁与特性改进(标准特性)代别第1代第2代第2.5代第3代第
4、4代UCE(sat)30V28V24V20V15Vtfμ0.50mμ0.30mμ0.25mμ0.25mμ0.25m列出了每一代产品UCE(sat)及tf的标准特性。②新一代的IGBT采用沟槽———————————————————————————————————————————————式栅极结构,缩小芯片尺寸。从第三代向第四代发展过程中,IGBT通过从芯片表面向芯片内部沟槽式形Ξ收稿日期:2005-11-25;修回日期:2005-12-08 作者简介:杨柏松(1970-),男,广东雷州人,本科,实验师,华南理工大学在读工程硕士.第1期[2]31性。1.3 IGBT研发新进展目
5、前,各半导体产家不断开发IGBT的耐高压、大电流、高速、低饱和压降、高可靠性和低成本技术,主μ要采用1m以下制作工艺,研制开发取得的新进展表现在:1)U-IGBT U(沟槽结构)-IGBT是在管芯上刻槽,芯片元胞内部形成沟槽式栅极。采用这种结构后,可进一步缩小元胞尺寸,减少沟道电阻,提高电流密度,满足低电压驱动和表面贴装的要求。2)NPT-IGBT NPT(非穿通型)-IGBT采用薄硅技术,以离子注入发射区代替高复杂、高成本的厚层高阻外延,在性能上更具高速、低耗、耐压的特色。3)超快速IGBT 国际整流器IR公司研发重点在于减少IGBT的拖尾效应,使其能快速关断,研制的超快
6、速IGBT可最大限度地减少拖尾效应,关断时间不超过2000ns。4)低功率IGBT IGBT一般都用在600V、1kA、1kHz以上区域。为满足家电行业的需要,很多公司都推出低功率IGBT产品,适用于家电———————————————————————————————————————————————行业的微波炉、洗衣机、电磁灶、电子镇流器、照相机等产品。5)IGBT功率模块 IGBT功率模块采用IC驱动、各种驱动保护电路、高性能IGBT术,从复合功率模块PIM发展到智能功率模块IPM、电力电子积木PEBB、电力模块M向高电压大电流方向发展,其产品水平为1200～1800AΠ1
7、800～3300V。芯片、最优化的驱动电路、全功能的传感保护电路(包括过流保护、)和自动识别电路的智能集成模块。除用于变频调速外,600AVVVF逆变器。智能化、模块化正成为IGBT发展热点[2]32。2 IGBT IGBT,电压控制的特点,同时又具有电流、电压容量大,导通压降小的优点,因,是目前大中功率电力电子设备普遍使用的开关器件。但它的实用性还依赖于电路的条件和开关环境,IGBT的驱动和保护电路是设计的难点和关键。首先IGBT的驱动若不良,则会加大开关损耗,甚至使IGBT不能正常工作;其次IGBT的保护电路
