IGBT由P-MOSFET和GTR混合电压控制自关断装置。P-MOSFET和GTR整体的优点,既有P-MOSFET输入阻抗高,开关速度快,工作频率高,热稳定性好,驱动电路简单,GTR通态电压降低、耐高压、电流大的优点。
电气符号
外形
原理
当Uce<0时,IGBT呈反向阻断状态。
当Uce>0时,若Uge<Ut(打开电压),IGBT若Uge>Ut(打开电压),IGBT导通。
特性
I区:可调电阻区,Uce增大,Ic增大。
II区:恒流饱和区,对于某些区域Uge,Ic不再随Uce变化。
III区:雪崩区
Uge<Ut时,IGBT截止;Uge>Ut,IGBT导通,除了靠近Ut这一小段,Ic和Uge呈线性关系。
主要参数
集射极击穿电压BUces:IGBT最高工作电压。
开启电压Ut最大栅射极电压BUges:Ut导通所需的最低栅射极电压一般为2~6V。BUges限制在±20V最佳值为15V左右。
通态压降Uce:集射极间的导通压降在导通状态下,管道功耗越小,一般为2.5~3.5V。
集电极连续电流Ic和峰值电流Icp:最大连续电流允许集电极流过Ic额定电流;最大集电极峰值Icp,为额定电流Ic的2倍左右。
栅极驱动
1.驱动脉冲的上升边缘和下降边缘应陡峭:上升边缘可以使IGBT快速开启,减少开启损耗;降低沿陡,在栅极间增加适当的反向偏压,有助于IGBT快速关闭,减少关闭损失。
2.驱动功率足够大:IGBT开启后,格栅驱动源应提供足够的功率、电压和电流振幅值IGBT总是饱和,不会因为退出饱和而受损。
3.适当的负偏压:负偏压应用于缩短关闭时间-Uge,同时,还可以防止电压上升率过高导致关闭瞬间误导,提高抗干扰能力。-Uge一般取-2~-10V。
4.合理的栅极电阻Rg:如果开关损耗不大,应选择较大的开关Rg。Rg的范围为1~400Ω。
5.IGBT多用于高压场合,故驱动电路与整个控制电路应严格隔离。
保护
1.通过检测到的过电流信号切断栅极控制信号,实现过电流保护
2.利用缓冲电路抑制过电压,限制电压上升率
3.用温度传感器检测IGBT当超过允许温度时,主电路跳闸,实现过热保护
4.静电保护
5.短路保护
仿真模型
路径
电路模型
输入输出
c:集电极 e:发射极 g:栅极 m:测量电流和电压[Iak, Vak]
参数
Ron:IGBT内电阻。当内电感设为0时,内电阻不能设为0。
Lon:IGBT内电感。当内电阻为0时,内电感不能为0。
Vf:IGBT正向管压降。
Ic:IGBT初始电流。设置为非零时,表示从导通开始。
Rs:IGBT缓冲电阻(串联缓冲电容,并联二极管)。Rs为0,纯电容。
Cs:IGBT缓冲电容器(串联缓冲电容器,并联二极管)。Cs为inf,纯电阻。Rs为inf,Cs为0,消除缓冲。
Tf:IGBT当电流下降到10%时。
Tt:IGBT电流拖尾时间。