IGBT 是 MOSFET 与双极晶体管的复合器件,既有 MOSFET 易于驱动的特点,又具有功率晶体管电压、电流容量大的优点。其频率特性介于 MOSFET 与功率晶体管之间,可正常工作于几十 kHz 频率范围,故在较高频率的大、中功率应用中占据主导地位。
IGBT 是电压控制型器件,在栅极与发射极间施加十几伏直流电压时,仅有 μA 级漏电流流过,基本不消耗功率。但栅极与发射极间存在较大的寄生电容(几千至上万 pF),在驱动脉冲电压的上升及下降沿需提供数安培的充放电电流,才能满足开通与关断的动态要求,故其驱动电路必须能输出一定峰值电流。
IGBT 作为大功率复合器件,存在过流时可能发生锁定现象而损坏的问题。过流时若采用一般速度封锁栅极电压,过高的电流变化率会引起过电压,故需采用软关断技术,因此掌握好 IGBT 的驱动和保护特性十分必要。
IGBT 的等效电路如图3-4 所示。当栅极与发射极间加上驱动正电压时 MOSFET 导通,PNP 晶体管的集电极与基极间成为低阻状态而使其导通;当栅极与发射极间电压为 0 V 时 MOSFET 截止,切断 PNP 晶体管基极电流供给、晶体管截止。IGBT 安全可靠与否主要由以下因素决定:①栅极与发射极之间的电压;②集电极与发射极之间的电压;③流过集电极—发射极的电流;④IGBT 的结温。
图3-4 IGBT 的等效电路
若栅极与发射极间驱动电压过低,IGBT 不能稳定正常地工作;过高且超过栅极—发射极耐压,则可能永久性损坏。同理,若集电极与发射极电压超过其耐压、流过电流超过允许的最大电流、结温超过允许值,IGBT 都可能会永久性损坏。