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发表于 2008-3-20 16:16:48
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来自： 中国广东汕头
IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给 PNP 晶体管提供基极电流,使 IGBT 导通.
% r# ^7 L1 [; ?& L1 z( y反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使 IGBT 关断. IGBT 的驱动方法和 MOSFET 2 ]7 i$ t1 r( @. g3 ~3 z+ F. u: d
基本相同,只需控制输入极 N 一沟道 MOSFET ,所以具有高输入阻抗特性. 9 p$ V% o% n+ g& l0 ~/ [* m
当 MOSFET 的沟道形成后,从 P+ 基极注入到 N 一层的空穴(少子),对 N 一层进行电导调制,减小 N 一层
* d& n- {- b0 I9 M' h的电阻,使 IGBT 在高电压 时,也具有低的通态电压.
c# u! U _4 z, h IGBT 的工作特性包括静态和动态两类:
* J+ b5 J- W9 T0 V" _' m 1 ．静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和 开关特性.
" }$ g% a( h0 B, }. a6 i. B% _ H IGBT 的伏安特性是指以栅源电压 Ugs 为参变量时,漏极电流与 栅极电压之间的关系曲线.
" [$ }+ u; u J$ b) y输出漏极电流比受栅源电压 Ugs 的控 制, Ugs 越高, Id 越大.它与 GTR 的输出特性相似．也可分为饱和 区 1
3 S, Z7 H) _' f、放大区 2 和击穿特性 3 部分.在截止状态下的 IGBT ,正向电 压由 J2 结承担,反向电压由 J1 结承担.如果
( N/ i3 k4 Y0 E1 G" p' K! S无 N+ 缓冲区,则正反 向阻断电压可以做到同样水平,加入 N+ 缓冲区后,反向关断电压只 能达到几十伏水平 1 \5 x* T# V/ @: V. e! ~
,因此限制了 IGBT 的某些应用范围.
1 y X9 a4 O* b: u) t/ I& k IGBT 的转移特性是指输出漏极电流 Id 与栅源电压 Ugs 之间的 关系曲线.它与 MOSFET 的转移特性相同, + ?! w9 Z) p4 S8 h0 M
当栅源电压小于开启电 压 Ugs(th) 时, IGBT 处于关断状态.在 IGBT 导通后的大部分漏极电 流范围内, Id $ @6 e7 d$ w$ u5 e- o0 g* f/ H
与 Ugs 呈线性关系.最高栅源电压受最大漏极电流限 制,其最佳值一般取为 15V 左右. , @7 r8 G( Z7 X
IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系. IGBT 处于导通态时,由于它的 PNP 晶体管为宽基区
8 q; l3 H9 l5 Q- w6 `晶体管,所以其 B 值 极低.尽管等效电路为达林顿结构,但流过 MOSFET 的电流成为 IGBT 总电流的主要部分.
9 v1 \/ l* b \+ I) R1 t9 _此时,通态电压 Uds(on) 可用下式表示 * B( g; X7 b! \, J1 t
Uds(on) ＝ Uj1 + Udr + IdRoh ( 2 - 14 )
2 P& X: r$ z4 Q- U& m 式中 Uj1 —— JI 结的正向电压,其值为 0.7 ~ IV ;
2 R5 e9 N) `# n$ j+ n& Q Udr ——扩展电阻 Rdr 上的压降;
# j z8 r( n0 W Roh ——沟道电阻. 6 [5 G( H" Q' W* o, Z
通态电流 Ids 可用下式表示:
$ W$ K9 I- D) g7 J Ids=(1+Bpnp)Imos (2 - 15 )
5 X, K9 q& V' {- R0 ^0 w; ? 式中 Imos ——流过 MOSFET 的电流. " }/ ], k9 f4 k l# {/ U9 b
由于 N+ 区存在电导调制效应,所以 IGBT 的通态压降小,耐压 1000V 的 IGBT 通态压降为 2 ~ 3V : Y, C6 a. d1 R8 G
IGBT 处于断态时,只有很小的泄漏电流存在. " ]; v* D9 ]7 I1 H, x- n% P
2 ．动态特性 IGBT 在开通过程中,大部分时间是作为 MOSFET 来运行的,只是在漏源电压 Uds 下降过程后期, 9 @* O7 i8 \- Y
PNP 晶体 管由放大区至饱和,又增加了一段延迟时间. td(on) 为开通延迟时间, tri 为电流上升时间.实际应 ; T3 ]: j: J2 w
用中常给出的漏极电流开通时间 ton 即为 td (on) tri 之和.漏源电压的下降时间由 tfe1 和 tfe2 组成,如图 8 E( q' B. z* Y. Z" ~" z
2 - 58 所示 8 A# d) L o9 k/ s$ r
IGBT 在关断过程中,漏极电流的波形变为两段.因为 MOSFET 关断后, PNP 晶体管的存储电荷难以迅速消除,造成漏
1 ~' V+ l# v1 W极电流较长的尾部时间, td(off) 为关断延迟时间, trv 为电压 Uds(f) 的上升时间.实际应用中常常给出的漏极电 % s* R" P+ t- s0 z" h, z9 k8 y
流的下降时间 Tf 由图 2 - 59 中的 t(f1) 和 t(f2) 两段组成,而漏极电流的关断时间
/ \4 e) d8 ^% c$ W! Wt(off)=td(off)+trv 十 t(f) ( 2 - 16 )
% G, D$ R- y* n式中, td(off) 与 trv 之和又称为存储时间. 4 t$ m1 ~& Q. b+ a" O! t- L- u2 l0 k
粗测IGBT放大性能可以用下面方法1 d+ t7 D7 _" ~4 H5 o
1. 场效应管检测(SFP9630、IRFS630)：
7 I: ~3 l2 B- V, tP沟道场效应管以SFP9630为例，万用表置于二极管档位，按下表检测：
0 W u0 Q! q7 b- r表3.9－2 P沟道场效应管 8 @8 }, D+ m8 E6 c
先三脚短路后进行下列测试& Z, N9 C2 c3 r n
表笔连接
4 b- u+ R3 o% s! a( |2 I: l | 读数
( e- y$ e+ R1 ]5 ]5 f; Q ` | 评判
# k. D& F: ]0 W6 W! ~# `8 e | 引脚示意图
6 H# q' @) b3 }& u {' X% u | 红－S、D : Q5 h3 @- r% Z! @0 h
| 黑－G . F+ w6 i0 W: ~$ y$ t; u
| 无穷大
\6 l/ V: L# t; v) _- h1 I6 Z3 ?3 f! G) Y | 好 ' F% s! k7 W& L4 C1 }+ g$ i4 i4 S
| * ^1 L2 ?4 g* q! N$ M# K
| 红－G
4 ?: D o6 f8 E4 K) B' W | 黑－S、D
# g, `- B3 w+ x* L | 无穷大
9 f: ~% f0 h3 J" ~! X: M8 X: c- t | 好
& v: ^ ]4 m# c) W | 红－S
) S5 S9 V! h' \2 `* t# o/ J | 黑－D
& b+ w( d0 i4 U% L3 [- B | 无穷大 . D- _1 T3 {: K7 Z' n
| 好
* G: o3 c4 S- W: d' l | 红－D ! @( ^) ~' a: y( g5 L @
| 黑－S . U1 v1 Q% [# o8 V# s
| 0.5读数
% D% I0 r5 l S! b1 Q% b | 好
+ [$ u- _# m2 m" r | 红－S
7 v( N% c$ I# E1 a T, q; p | 黑－G
+ f! S0 H# S; H2 ]9 r2 h6 ~ | 无穷大 & P- P9 A* t: \
| 红－S不变，黑－D，有0.8读数，好
7 }% B' L+ V) K7 o' J s | 三只脚短路后重新测试才有效，以上测试结果属正常，否则不正常。0 i' [7 k$ R! [# _
|
N沟道场效应管以IRFS630为例，万用表置于二极管档位按下表检测：* `% f- `- P+ N& N/ e9 s
表3.9－2 N沟道场效应管 * y8 p; r" h+ l0 Z( F
先三脚短路后进行下列测试+ D2 |4 W7 z( g8 i
表笔连接 1 v* p" S4 ^0 R+ @+ w2 P
| 读数
) H) y5 q3 ~( y% l | 评判
2 g8 _* T7 }9 G) j8 l | 引脚示意图 * T8 v+ o6 `) ?5 @! i- S9 _
| 红－G
7 k" U6 x- o5 p, [8 [6 }' v | 黑－D、S
5 ^/ P; n3 T- f) x | 无穷大
% o) Y: M9 ?8 L, v | 好 8 Z8 c% [9 S$ j! J: Q1 u
| , K# O1 _" L) a9 u5 o
| 红－D、S
, z7 n2 _( r* j0 }$ q% y | 黑－G ' \2 ^: X! s- g
| 无穷大
: s$ j( {4 a ?- \1 W | 好
: t9 b+ ^2 J7 t( H- e1 \4 B | 红－S
! g0 J- K3 t# x | 黑－D
! e: H7 E% U6 d- u, s | 0.5 # c5 y5 A; f" H9 h
| 好
3 |5 J5 R0 x3 V9 R0 N | 红－D ' [9 q5 a& N6 H' E, H) z0 C
| 黑－S
b# G: Q8 u% G" H, ~" v | 无穷大
& e6 w+ a6 X; a | 好 - l9 h$ N; j$ r: ?- B) \$ Q
| 红－G 1 T. m9 I! O' }' |, ~: Z( M. E
| 黑－S 7 }7 X( r* \* O! N2 X4 c$ N
| 无穷大 6 H: x6 j5 t2 H$ N
| 黑不变马上转红－D，有0.8读数，好9 |; G/ r3 y* ~; v; ]
| 三只脚短路后重新测试才有效，以上测试结果属正常，否则不正常。& _1 V: y+ H& F* N0 v3 a8 f5 |
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' l' N! z# ^4 q X, l3 i5 q- J3 N& e( Y* J# j
[ 本帖最后由 cylzwx 于 2008-3-22 08:51 编辑 ] |
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