一直以來,IGBT都是大家的關(guān)注焦點之一。因此針對大家的興趣點所在,小編將為大家?guī)鞩GBT并聯(lián)使用的相關(guān)介紹,詳細內(nèi)容請看下文。
一、IGBT工作原理
絕緣柵雙極晶體管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)綜合了電力晶體管(Giant Transistor—GTR)和電力場效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)的優(yōu)點,具有良好的特性,應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛;
N溝型的 IGBT工作是通過柵極-發(fā)射極間加閥值電壓VTH以上的(正)電壓,在柵極電極正下方的p層上形成反型層(溝道),開始從發(fā)射極電極下的n-層注入電子。該電子為p+n-p晶體管的少數(shù)載流子,從集電極襯底p+層開始流入空穴,進行電導(dǎo)率調(diào)制(雙極工作),所以可以降低集電極-發(fā)射極間飽和電壓。在發(fā)射極電極側(cè)形成n+pn-寄生晶體管。若n+pn-寄生晶體管工作,又變成p+n- pn+晶閘管。電流繼續(xù)流動,直到輸出側(cè)停止供給電流。通過輸出信號已不能進行控制。一般將這種狀態(tài)稱為閉鎖狀態(tài)。
為了抑制n+pn-寄生晶體管的工作IGBT采用盡量縮小p+n-p晶體管的電流放大系數(shù)α作為解決閉鎖的措施。具體地來說,p+n-p的電流放大系數(shù)α設(shè)計為0.5以下。 IGBT的閉鎖電流IL為額定電流(直流)的3倍以上。IGBT的驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同,通斷由柵射極電壓uGE決定。
二、如何并聯(lián)使用IGBT
(1)并聯(lián)運行靜態(tài)均流
靜態(tài)情況下,并聯(lián)工作的IGBT間的電流分配主要受伏安特性的影響。當(dāng)多個IGBT并聯(lián)時,由于制造工藝的原因,每個IGBT的伏安特性并不完全一樣。兩個IGBT并聯(lián)時伏安特性對電流分配的影響如圖所示。從圖可以看出,當(dāng)兩個伏安特性不同的IGBT并聯(lián)工作時,它們通過的電流并不相等。為保證運行時每個模塊都不超過安全工作區(qū),必須對并聯(lián)運行的IGBT進行降額使用。若兩個同型號但伏安特性不同的管子并聯(lián)使用,其總的額定電流不等于單個管子額定電流的兩倍,這種電流能力下降的系數(shù)可稱為電流降額系數(shù)。電流降額系數(shù)可表示為
式中,IT是并聯(lián)模塊能提供的總額定電流;IM是單個模塊的最大額定電流np是并聯(lián)模塊的數(shù)目。例如,兩個額定電流都為400A的IGBT模塊并聯(lián),一個承受400A電流而另一個為320A,則可得到
另外,如果已經(jīng)知道了降額系數(shù),則可由下式求出所提供的總的額定電流
(2)并聯(lián)運行動態(tài)均流
動態(tài)情況下,并聯(lián)工作的IGBT間的電流分配主要受轉(zhuǎn)移特性、驅(qū)動電路的影響。
1)轉(zhuǎn)移特性對動態(tài)均流的影響:轉(zhuǎn)移特性不同的IGBT并聯(lián)時,開關(guān)過程的動態(tài)電流分配是不均衡的。圖給出了在相同的VGE驅(qū)動下,轉(zhuǎn)移特性不同的兩個IGBT動態(tài)電流不均衡的例子。從圖中可以看出,轉(zhuǎn)移特性陡峭的管子在開關(guān)時刻承受比較大的動態(tài)電流,因而也會有比較大的開關(guān)損耗,這種差異在關(guān)斷的時候更明顯。當(dāng)開關(guān)頻率增大時,這種不平衡趨于緩和。選擇轉(zhuǎn)移特性接近的IGBT模塊進行并聯(lián)有利于動態(tài)均流。
2)驅(qū)動電路對動態(tài)均流的影響:驅(qū)動電路對并聯(lián)均流的影響也是顯而易見的,如果并聯(lián)工作的IGBT驅(qū)動電路不同步,則先驅(qū)動的IGBT要承擔(dān)大得多的動態(tài)電流。因此,并聯(lián)模塊的驅(qū)動一定要做到同步,最好選用驅(qū)動能力強的驅(qū)動器,用同一驅(qū)動信號同時驅(qū)動并聯(lián)模塊。
另外,驅(qū)動電路布局要盡量做到對稱,驅(qū)動電路到模塊的柵極、射極引線要盡量短,使回路的等效阻抗一致;主電路中的元器件布局和引線位置應(yīng)對稱,引線長短一致,并盡量短,接線應(yīng)采用截面積較大的銅排或扁條線;各模塊應(yīng)平行放置,盡量靠近,引線盡量—致,減小回路中寄生電感的不平衡性。
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