【正文】 過程 ........................................................... 27 保護電路的工作 ............................................................... 27 IGBT驅(qū)動電路的整體電路圖 ..................................................... 29 6 總結(jié)與展望 ......................................................................... 30 參考文獻 ............................................................................. 31 附 錄 ............................................................................... 32 致 謝 ............................................................................... 35 更多相關(guān)文檔資 源請訪問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計文件，電子設(shè)計相關(guān)包含源代碼及設(shè)計 CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 摘 要 絕緣柵雙極型晶體管 IGBT 是一種由雙極型晶體管與 MOSFET 組合的器件，它既有MOSFET的柵極電壓控制快速開關(guān)特性，又具有雙極型晶體管大電流處理能力和低飽和壓降的特點。 在電力電子器件中， IGBT的綜合性能方面占有明顯優(yōu)勢，并廣泛地運用在各類電力變換裝置中。本文討論了 IGBT 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及 IGBT 元件其靜態(tài)和動態(tài)特性， 研究 討論了 IGBT 驅(qū)動電路的主要種類和電路的各種保護方式及柵極電阻對于 IGBT 性能以及對驅(qū)動電路與過流保護電路的要求。經(jīng)過對于相關(guān)資料的分析和實驗，設(shè)計出具有簡單、實用、可靠性高等優(yōu)點的 IGBT驅(qū)動電路。s onstate saturation voltage and collector current approximately linear relationship between characteristics. At the same time, design a IGBT driver circuit which has a plete overvoltage and overcurrent protection function . After the relevant information for analysis and experiments, designed with simple, practical, and high reliability of the IGBT driver circuit. Key words： IGBT； Driving Circuit； Overcurrent protection更多相關(guān)文檔資 源請訪問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計文件，電子設(shè)計相關(guān)包含源代碼及設(shè)計 CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 1 緒論 引言 近年來，隨著大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件發(fā)展和生產(chǎn)工藝的日益成熟，特別是 20 世紀 80年代 IGBT(絕緣柵雙極晶體管 )的出現(xiàn)，逐步實現(xiàn)了采用 IGBT 做開關(guān)管的全固態(tài)大功率調(diào)制器和高壓開關(guān)電源。采用 IGBT 作為開關(guān)器件的調(diào)制器和高壓電源，不但具有效率高、體積小、重量輕、可靠性高、易模塊化設(shè)計等優(yōu)點，而且沒有電子管的壽命問題，使用和維護費用也隨之下降。 1979 年， MOS 柵功率開關(guān)器件作為 IGBT 概念的先驅(qū)即已被介紹到世間。 80 年代初期，用于功率 MOSFET 制造技術(shù)的 DMOS（雙擴散形成的金屬 氧化物 半導(dǎo)體）工藝被采用到 IGBT 中來。后來，通過采用 PT（穿通）型結(jié)構(gòu)的方法得到了在參數(shù)折衷方面的一個顯著改進，這是隨著硅片上外延的技術(shù)進步，以及采用對應(yīng)給定阻斷電壓所設(shè)計的 n+緩沖層而進展的。 90 年代中期，溝槽柵結(jié)構(gòu)又返回到一種新概念的 IGBT，它是采用從大規(guī)模集成（ LSI）工藝借鑒來的硅干法刻蝕技術(shù)實現(xiàn)的新刻蝕工藝，但仍然是穿通（ PT）型芯片結(jié)構(gòu)。 硅芯片的重直結(jié)構(gòu)也得到了急劇的轉(zhuǎn)變，先是采用非穿通（ NPT）結(jié)構(gòu)，繼而變化成弱穿通（ LPT）結(jié)構(gòu)，這就使安全工作區(qū)（ SOA）得到同表面柵結(jié)構(gòu)演變類似的改善。這就是：穿通（ PT）技術(shù)會有比較高的載流子注入系數(shù)，而由于它要求對少數(shù)載流子壽命進行控制致使其輸運效率變壞。進而言之，非穿通（ NPT）技術(shù)又被軟穿通（ LPT）技術(shù)所代替，它類似于某些人所謂的 “軟穿通 ”（ SPT）或 “電場截止 ”（ FS）型技術(shù)，這使得 “成本 —性能 ”的綜合效果得到進一步改善。目前，包括一種 “反向阻斷型 ”（逆阻型）功能或一種 “反向?qū)ㄐ?”（逆導(dǎo)型）功能的 IGBT 器件的新概念正在進行研究，以求得進一步優(yōu)化。PIM 向高壓大電流發(fā)展，其產(chǎn)品水平為 1200—1800A/1800—3300V， IPM 除用于變頻調(diào)速外， 600A/2022V的 IPM已用于電力機車 VVVF逆變器。 IPEM 采用共燒瓷片多芯片模塊技術(shù)組裝 PEBB，大大降低電路接線電感，提高系統(tǒng)效率，現(xiàn)已開發(fā)成功第二代 IPEM，其中所有的無源元件以埋層方式掩埋在襯底中 ， 智能化、模塊化成為 IGBT 發(fā)展熱點。 課題研究意義 電 力 電子技術(shù) 的應(yīng)用 在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域里起到了不可替代的作用 ， 而 IGBT 在諸如變頻器、大功率開關(guān)電源等電力電子技術(shù)的能量變換與管理應(yīng)用中，越來越成為各種主回路的首選功率開關(guān)器件，因此如何安全可靠地驅(qū)動 IGBT 工作，也成為越來越多的設(shè)計工程師面臨需要解決的課題。在上述的應(yīng)用領(lǐng)域中， IGBT 憑借著電壓控制、驅(qū)動簡單、開關(guān)頻率高、開關(guān)損耗小、可實現(xiàn)短路保護等優(yōu)點，在 600V 及以上中壓應(yīng)用領(lǐng)域中競爭力逐步顯現(xiàn)。由于 SCR和 GTO 具有極高的耐壓能力和較大的通過電流，目前在高壓大電流應(yīng)用中 SCR 和 GTO仍占有統(tǒng)治地位。為了簡化電路設(shè)計，提高 IGBT 使用的可靠性，變頻家電中主要使用集和驅(qū)動電路、保護電路等功能于一體的 IGBT 智能模塊。飛兆、英飛凌、 ST 在該市場中有很強的競爭力。粗略估計上述軌道交通市場對 IGBT 模塊的需求將超過 三 百萬個 ，可以想見軌道交通給 IGBT 市場所帶來的空前機遇和發(fā)展空間 。在節(jié)能減排的大環(huán)境下， IGBT 一方面擁有新技術(shù)帶來的廣闊的市場空間，另一方面從技術(shù)發(fā)展路線來看又對以往的功率器件產(chǎn)品有一個逐步替代的作用。由于關(guān)鍵技術(shù)的缺失，中國功率器件市場絕大部分份額被國外廠商占領(lǐng)，在國家政策扶持下，目前中國 IGBT 行業(yè)中高端技術(shù)已有突破，部分廠商已具備量產(chǎn)能力。 隨著大功率 IGBT 在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越加廣泛，那么 IGBT 的驅(qū)動電路也得到了成熟的發(fā)展。 因其重要性，所以可以將該電路看成是一個相對獨立的 “ 子系統(tǒng) ” 來研究、開發(fā)及設(shè)計。 驅(qū)動保護電路 而 IGBT 行業(yè)中的高端技術(shù)重點在于怎樣驅(qū)動以及保護 IGBT 正常工作。 不隔離的直接驅(qū)動器 ： 在 Boost、全波、正激或反激等電路中，功率開關(guān)管的源極位于輸入電源的下軌， PWM IC 輸出的驅(qū)動信號一般不必與開關(guān)管隔離，可以直接驅(qū)動。直接驅(qū)動的成品驅(qū)動器一般都采用薄 膜工藝制成 IC 電路，調(diào)節(jié)電阻和較大的電容由外引腳接入。 光電耦合器的隔離驅(qū)動器 ： 隔離驅(qū)動產(chǎn)品絕大部分是使用光電耦合器來隔離輸入的驅(qū)動信號和被驅(qū)動的絕緣柵器件，采用厚膜工藝制成 HIC 電路，部分阻容元件也由引腳接入。 TXKA 系列驅(qū)動器保護功能完善、工作頻率高、價格便宜，并能與多種其它類型的驅(qū)動器兼容。它們的優(yōu)點是大部分具有過流保護功能，其過電流信號是從 IGBT 的管壓降中取得的；共同的缺點是需要一個或兩個獨立的輔助電源，因而使用較為麻煩。 變壓器隔離、一路電源輸入，自帶 DC/DC 輔助電源的驅(qū)動器 ： 目前有 CONCEPT 公司的 2SD315A 和 SEMIKRON 公司的 SKHI22 等，使用兩個脈沖變壓器傳遞半橋驅(qū)動信號，需要一路電源輸入，自帶一個 DC/DC 電源提供驅(qū)動所需的兩個輔助電源 。上述兩種驅(qū)動板的信號傳遞采用的是調(diào)制技術(shù)。 變壓器隔離、調(diào)制式自給電源驅(qū)動器 ： 調(diào)制式自給電源驅(qū)動器，采用變壓器進行電氣隔離，通過載頻傳遞驅(qū)動所需要的能量，通過調(diào)制信號傳遞 PWM 信息，因此可以通過0~100％占空比的 PWM 信號。單片式的調(diào)制驅(qū)動器，目前國外還未見有產(chǎn)品出售。 國內(nèi)的單片式調(diào)制驅(qū)動器，有北京落木源的 TXKE 系列驅(qū)動器。 變壓器隔離、分時式自給電源驅(qū)動器 ： 分時式自給電源驅(qū)動器產(chǎn)品的優(yōu)點是：價格便宜，大中小功率的電源都可應(yīng)用；驅(qū)動器自身不需要單獨的供電電源，簡化了電路；輸出驅(qū)動脈沖的延遲很少，上升和下降沿也相當(dāng) 陡峭；工作頻率較高 ， 并且可在占空比 5~95%的范圍內(nèi)工作。 技術(shù)現(xiàn)狀 開關(guān)電源中大功率器件驅(qū)動電路的設(shè)計一向是電源領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。前者屬于電流控制器件 ， 要求合適的電流波形來驅(qū)動 ； 后者屬于電場控制器件 ， 要求一 定的電壓來驅(qū)動。 VMOS 場效應(yīng)管 (以及 IGBT 絕緣柵雙極性大功率管等器件 )的源極和柵極之間是絕緣的二氧化硅結(jié)構(gòu)，直流電不能通過 ， 因而低頻的靜態(tài)驅(qū)動功率接近于零。小功率 VMOS 管的 Cgs 一般在 10100pF 之內(nèi) ， 對于大功率的絕緣柵功率器件 ， 由于柵極電容 Cgs 較大，在 1100nF， 甚至更大 ， 因而需要較大的動態(tài)驅(qū)動功率。 為可 靠驅(qū)動絕緣柵器件，目前已有很多成熟電路。當(dāng)需要驅(qū)動器的輸入端與輸出端電氣隔離時，一般有兩種途徑：采用光電耦合器，或是利用脈沖變壓器來提供電氣隔離。 用脈沖變壓器隔離驅(qū)動絕緣柵功率器件有三種方法 ： 無源、有源和自給電源驅(qū)動。 有源方法中的變壓器只提供隔離的信號，在次級另有整形放大電路來驅(qū)動絕緣柵功率器件，當(dāng)然驅(qū)動波形好，但是需要另外提供隔離的輔助電源供給放大器。 自給電源方法的已有技術(shù)是對 PWM 驅(qū)動信號進行高頻 (1MHz 以上 )調(diào)制，該信號加在隔離脈沖 變壓器的初級，在次級通過直接整流得到自給電源，而原 PWM 調(diào)制信號則需經(jīng)過解調(diào)取得，顯然，這種方法并不簡單 , 價格當(dāng)然也較高。 分時式自給電源是北京落木源公司的創(chuàng)新技術(shù)，其特點是變壓器在輸入 PWM 信號的上升和下降沿只傳遞 PWM 信息，在輸入信號的平頂階段傳遞驅(qū)動所需要的能量，因而波形失真很小。 主要研究內(nèi)容 本文旨在研究 IGBT 工作特性，以及驅(qū)動電路和保護電路的設(shè)計，本文的研究內(nèi)容如下： 第二章主要針對絕緣柵雙擊晶體管 （ IGBT）的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元件特性進行簡要的介紹和了解。敘述了 IGBT 的導(dǎo)通條件及在其中詳細論述了 IGBT 的基本特性的靜態(tài)特性中的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 (伏安特性 )的內(nèi)容，通過其中的波形圖可以具體的掌握其特性的知識。并在最后對現(xiàn)有品牌的大功率 IGBT 模塊進行簡單的初步介紹和選取。本章的前面針對包括了驅(qū)動電路的設(shè)計時的注意事項，同時也介紹了幾種常見的 IGBT 的驅(qū)動電路，包括：阻尼濾波門極驅(qū)動電路、光耦合門極驅(qū)動電路、脈沖變壓器直接驅(qū)動 IGBT的電路并同時舉例。其中還對 IGBT 驅(qū)動電路中的柵極電阻的選擇和其對于 IGBT 的影響和作用的討論。在本章節(jié)內(nèi)容中還就參考的資料詳細的了解了 Rg和 IGBT 開關(guān)特性及柵極電阻的計算。并同時羅列出各個模塊的舉例電路，更多相關(guān)文檔資源請訪問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計文件，電子設(shè)計相關(guān)包含源代碼及設(shè)計 CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 根據(jù)所知的內(nèi)容為自己的 IGBT 驅(qū)動電路的設(shè)計做好鋪墊，本章節(jié)的內(nèi)容對于設(shè)計 IGBT驅(qū)動電路有很大的作用。 更多相關(guān)文檔資源請訪問 文檔包含完整 CAD 設(shè)計文件，電子設(shè)計相關(guān)包含源代碼及設(shè)計 CAD 文件，材料完整，歡迎聯(lián)系 68661508 索要 2 IGBT 的基本結(jié)構(gòu) 及 IGBT 模塊選型 IGBT 的結(jié)構(gòu) 及 工作 原理 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT（ 雙極型三極管 ） 和 MOS（ 絕緣柵型場效應(yīng)管 ） 組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件 ， 兼有MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低 。 絕緣柵雙極晶體管（ IGBT） 本質(zhì)上是一個場效應(yīng)晶體管，只是在漏極和漏區(qū)之間多了一個 P 型層。 IGBT 的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖 1 所示， IGBT 在結(jié)構(gòu)上類似于 MOSFET，其不同點在于 IGBT是在 N 溝道功率 MOSFET 的 N+基板（漏極）上增加了一個 P+基板（ IGBT 的集電極），形成 PN 結(jié) j1，并由此引出漏極、柵極和源極則完全與 MOSFET 相似。但是， NPN 晶體管和發(fā)射極由于鋁電極短路，設(shè)計時盡可能使 NPN 不起作用。 圖 1 IGBT 的結(jié)構(gòu)剖面圖 由圖 1 可以看出， IGBT 相當(dāng)于一個由 MOSFET 驅(qū)動的厚基區(qū)