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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.
- C; J ]6 `, L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 6 E; S1 d6 W$ S) y' h
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.
( E2 H/ G4 d# t B% u& | 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
: L1 Y# n7 S; g3 R' h的电阻,使 IGBT 在高电压 时,也具有低的通态电压. $ }- f: f L) o z# }
IGBT 的工作特性包括静态和动态两类: a! G( R1 {) N7 ]% W7 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.
! N* x9 m! S3 i. B: C) S' b 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. + V4 x* b! |+ u Y, p# b! ~5 L$ S0 f
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
( w+ s* X/ X( V* I4 } B、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
, E6 l( i8 F3 l J' k6 a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 / `% [0 e2 ^5 z+ I
,因此限制了 IGBT 的某些应用范围.
3 b2 x( z2 N, q2 a 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,
! Z8 y( f9 V3 y# X, a' ~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 / O+ D( \; b, I) O
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. 8 g2 A, [ o* K' g
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 1 a# |* c; _/ A7 z$ ~+ v& ~
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.
" N" j' _- O; \' W此时,通态电压 Uds(on) 可用下式表示
" T/ a' p5 ~/ {; i! X2 @# cUds(on) ＝ Uj1 + Udr + IdRoh ( 2 - 14 )
$ c! i7 t' e* P9 r7 C 式中 Uj1 —— JI 结的正向电压,其值为 0.7 ~ IV ;
6 O$ q& `% J, d; [% N3 S Udr ——扩展电阻 Rdr 上的压降;
* E- D' ~7 e# ~# C' _+ N+ x Roh ——沟道电阻.
9 M: V( z q4 |+ x* a8 P& S' l' g 通态电流 Ids 可用下式表示: ; Q' r! A$ q" H" c6 O1 R
Ids=(1+Bpnp)Imos (2 - 15 ) % [, t6 T$ e* w. k
式中 Imos ——流过 MOSFET 的电流. , H9 O6 {- \5 [
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
4 `* X/ [# e& K/ HIGBT 处于断态时,只有很小的泄漏电流存在.
# _5 v5 p+ B2 u* e 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, & D5 v# r! L! e! R/ ^$ D! g
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 ) a' y' \9 D" L5 m
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 / `$ w e M# [6 V% Q
2 - 58 所示 : v1 t" Y4 T! H. T
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 ! m( {+ A F, k& V% H ]5 m+ z/ M
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
( K1 ?8 i6 o+ B l& T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 ' f- E, D3 T( r: u- _% I( K' e
t(off)=td(off)+trv 十 t(f) ( 2 - 16 )
{3 V0 f9 p* W' B式中, td(off) 与 trv 之和又称为存储时间.
& P& I5 c8 `" C! }. ]粗测IGBT放大性能可以用下面方法' E6 _* a, q( w" D4 R# m0 z0 }
1. 场效应管检测(SFP9630、IRFS630)：. V! _6 e9 `& Y
P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：
* v5 O+ ?) @4 T# `表3.9－2 P沟道场效应管
* I: P `& ?& S+ w$ A先三脚短路后进行下列测试
% a6 y% R0 p/ C3 K表笔连接
. m( I! U4 P% [4 r' J W0 @7 n l6 j | 读数 4 t8 w7 |4 g0 }7 {
| 评判
& K8 W G- X; R+ e+ P7 `% o | 引脚示意图 6 G Z$ t ?1 s9 c. [% Z
| 红－S、D
0 ~% s, D N Z4 M9 X( r) { | 黑－G
- g- K) X( K( G, I | 无穷大
4 T; Q# e, Y* G4 q | 好 # M, e- W- i, n
| 7 p- o9 U1 t. F& w! j
| 红－G ) _& K7 p1 Y& ^. P& |+ M
| 黑－S、D 3 a. u2 w/ w9 o \! x2 a
| 无穷大
2 H6 @3 G2 P) T- h | 好
& Z1 q1 `" f, Y, b | 红－S . X" |2 W+ z' v4 r: z
| 黑－D 7 k5 N/ _* F& l, ^: w
| 无穷大
, n& u+ c, V* H/ |$ C# g | 好 0 F3 A. u5 {) z; C
| 红－D / T" a/ X& G3 l) K8 A4 k
| 黑－S
7 z. h6 D2 b& O- i: g+ G* r% h" n | 0.5读数
1 o0 b4 G) C, H/ x0 t | 好
6 i: e$ C5 B* ]+ M7 D# J9 r N" t | 红－S , v& [' G2 S. X% l9 O8 H" i5 D; ^
| 黑－G ) q2 Z2 ]) k- D+ Q8 ~8 T: J0 A
| 无穷大 : T. A: ?$ E1 I! V3 o; I- `: I) i5 S
| 红－S不变，黑－D，有0.8读数，好' x+ s1 ~) z2 {9 [& K, ? H: H9 b
| 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。- O- J. ], b/ U) v2 F1 l/ W+ ^! o Q6 U
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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：) x% S. Q, O; ] a; B
表3.9－2 N沟道场效应管 . g4 Q+ h! ]4 h! s- u u* c& d
先三脚短路后进行下列测试
* q( p/ J* P& t% L7 |6 L表笔连接
8 v8 [! d( j* L9 s* V | 读数
. f. m8 E+ G2 s) z9 f) V* } | 评判 ! \4 _/ u: K- s" |" ~" s
| 引脚示意图 9 ~8 z% b! h* z2 a8 t
| 红－G
! b- L0 K: B1 ?6 ? d | 黑－D、S
9 v7 z4 J& d( ` | 无穷大 # X; w6 N. Q7 x ]
| 好 / e E1 y6 V3 K# G/ g+ M
|
$ J" V0 V% B' ?0 M4 M7 w: e | 红－D、S
, F& C, u' |9 v. y2 z' h9 N5 H | 黑－G 4 }+ u9 G2 a! g" \# |7 j* Q. K& s D& ]
| 无穷大
l* n/ Q% l; |" a* M u- q | 好 # O, Y% b: ~) \# N2 E& h
| 红－S # i z6 b) i5 P( j
| 黑－D 1 c+ V7 t! p2 A
| 0.5
; m$ \9 V+ H- z8 b. @' y | 好 & G8 x) [5 x. t/ ~4 K% Z2 [
| 红－D 1 @, s1 [* [% W% `, E
| 黑－S : _0 o; B7 t0 I% l
| 无穷大
0 ^( d' o r4 N9 J1 F, }1 q | 好
5 q3 @! H: R7 B! B. l1 a5 b8 @ | 红－G T# d" Y2 J3 x( x: `
| 黑－S
- f2 t1 G$ O" b* U- U4 M2 Z | 无穷大 $ o* w7 ?4 I# K% V+ m
| 黑不变马上转红－D，有0.8读数，好
; d5 m* \: J2 x5 _ b | 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。
- x1 ?: c& U& B, L |
，' c/ R& l( ?& m" }! T" M7 N7 K; n
，! g4 g& V' O* ^/ f) \$ o2 L
$ {) V( {* `9 a: W6 F4 m& ~& [# k[ 本帖最后由 cylzwx 于 2008-3-22 08:51 编辑 ] |
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