基于一种IGBT驱动电路的设计方案

IGBT的概念是20世纪80年代初期提出的。IGBT具有复杂的集成结构，它的工作频率可以远高于双极晶体管。IGBT已经成为功率半导体器件的主流。在10～100 kHz的中高压大电流的范围内得到广泛应用。IGBT进一步简化了功率器件的驱动电路和减小驱动功率。

　　IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。

　　当栅极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。此时从N+区注入到N-区的空穴(少子)对N-区进行电导调制，减小Ⅳ区的电阻Rdr ，使阻断电压高的IGBT也具有低的通态压降。当栅极上施以负电压时。MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即被关断。

　　在IGBT导通之后。若将栅极电压突然降至零，则沟道消失，通过沟道的电子电流为零，使集电极电流有所下降，但由于N-区中注入了大量的电子和空穴对，因而集电极电流不会马上为零，而出现一个拖尾时间。

　　2 驱动电路的设计

　　2.1 IGBT器件型号选择

　　1)IGBT承受的正反向峰值电压

　　考虑到2-2.5倍的安全系数，可选IGBT的电压为1 200 V。

　　2)IGBT导通时承受的峰值电流。

　　额定电流按380 V供电电压、额定功率30 kVA容量算。选用的IGBT型号为SEMIKRON公司的SKM400GA128D。

　　2.2 IGBT驱动电路的设计要求

　　对于大功率IGBT，选择驱动电路基于以下的参数要求：器件关断偏置、门极电荷、耐固性和电源情况等。门极电路的正偏压VGE负偏压-VGE和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dv/dt电流等参数有不同程度的影响。门极驱动条件与器件特性的关系见表1。栅极正电压 的变化对IGBT的开通特性、负载短路能力和dVcE/dt电流有较大影响，而门极负偏压则对关断特性的影响比较大。在门极电路的设计中，还要注意开通特性、负载短路能力和由dVcE/dt 电流引起的误触发等问题(见表1)。

　　表1 IGBT门极驱动条件与器件特性的关系

　　由于IGBT的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能的好坏将直接影响IGBT能否正常工作。为使IGBT能可靠工作。IGBT对其驱动电路提出了以下要求。