IGBT基础与运用
任务5IGBT原理与应用
任务5IGBT原理与应用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率半导体器件，结合了MOSFET和BJT的特点，是现代电力电子领域的重要设备之一、本文将介绍IGBT的原理以及应用。
一、IGBT原理IGBT的结构由N区、P区和N+区组成，其中N区和P区形成了PN结。
在PN结上覆盖有一个绝缘层以及一个控制栅极。
IGBT的工作原理如下：1.导通状态：当控制栅极施加正向电压时，栅极与发射极之间形成导通通道，从而形成一个低电阻通路，使电流通过。
这个过程类似于MOSFET的导通状态。
2.关断状态：当控制栅极施加零电压或负电压时，导通通道被切断，电阻变得非常大，电流无法通过。
这个过程类似于MOSFET的关断状态。
3. 关断恢复状态：在控制栅极施加正向电压之前，需要通过引入一个一个“确保关断恢复”（“turn-off recovery”）过程，以消除在导通状态下形成的电荷。
在这个过程中，IGBT的发射区域较小的PN结正向偏置。
由于IGBT在封装设计上能够扩展应用于高电流和高电压环境中，因此在许多领域得到了广泛应用。
二、IGBT应用1.变频调速应用：IGBT在变频调速系统中，可以实现电机的高效率控制。
IGBT的快速开关速度和低开关损耗使其适用于频繁开关的应用环境，如电梯、电动车、空调等。
2.电力传输和配送应用：IGBT能够承受高电压和大电流，因此用于电力传输和配送系统中的开关和控制装置。
例如，IGBT在直流输电系统中，用于实现高效率的功率转换和电力控制。
3.汽车应用：IGBT被广泛应用于汽车电子系统中，如电动车辆的电控系统、混合动力汽车的发动机控制系统和辅助电力转换系统。
IGBT的高可靠性和高温性能使其适合在汽车环境中使用。
4.可逆变频电源应用：IGBT在可逆变频电源中的使用非常广泛，用于实现AC-DC、DC-AC和AC-AC的高效能量转换。
可逆变频电源广泛应用于工业自动化、风力发电、太阳能发电等领域。
IGBT工作原理
IGBT工作原理引言概述：IGBT是一种广泛应用于电力电子领域的功率半导体器件，具有高效率、高速度和高可靠性等优点。
了解IGBT的工作原理对于电力电子工程师和研究人员来说至关重要。
本文将详细介绍IGBT的工作原理，包括结构、工作方式和应用等方面。
一、IGBT的结构1.1 发射极结构：IGBT的发射极是由N+型硅衬底、N型漏极和P型基极组成的结构。
1.2 栅极结构：IGBT的栅极是由金属层和绝缘层组成的结构，用于控制电流流动。
1.3 集电极结构：IGBT的集电极是由N+型硅衬底和P型漏极组成的结构，用于集中电流输出。
二、IGBT的工作方式2.1 关态：当IGBT的栅极施加正向电压时，电流可以从集电极流向发射极，器件处于导通状态。
2.2 开态：当IGBT的栅极施加负向电压时，电流无法从集电极流向发射极，器件处于关断状态。
2.3 开关速度：IGBT的开关速度取决于栅极电压的变化速度，快速开关速度可以提高器件的效率和性能。
三、IGBT的特点3.1 高效率：IGBT具有低导通压降和低开关损耗，能够提高系统的能效。
3.2 高速度：IGBT的开关速度快，能够实现快速的电流控制和开关操作。
3.3 高可靠性：IGBT具有较高的耐压和耐热性能，能够在恶劣环境下稳定工作。
四、IGBT的应用领域4.1 变频调速：IGBT广泛应用于变频调速系统中，实现机电的精确控制和能量调节。
4.2 逆变器：IGBT可以用于逆变器中，将直流电源转换为交流电源，满足不同电器设备的电源需求。
4.3 电力传输：IGBT可用于电力传输系统中，提高电网的稳定性和效率，实现电力的远距离传输。
五、总结IGBT作为一种重要的功率半导体器件，在电力电子领域具有广泛的应用前景。
了解IGBT的结构、工作方式和特点对于电力电子工程师和研究人员来说至关重要，可以匡助他们设计和优化电力电子系统，提高系统的效率和性能。
希翼本文能够匡助读者更好地理解IGBT的工作原理，为他们在实际应用中提供指导和匡助。
igbt元件的工作原理和应用
IGBT元件的工作原理和应用1. 引言在现代电力电子技术中，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种重要的元件，具有高电压、高电流和高开关速度等特点。
本文将介绍IGBT元件的工作原理和应用。
2. IGBT工作原理IGBT是一种由MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）组成的混合型元件。
其工作原理可以分为以下几个步骤：1.输入信号引发控制端电压：控制端的电压作用下，形成子结和耗尽区的条件。
2.条件形成轉移区：控制端电压作用下，在轉移区域存在大电容，电荷会在下一个周期传播到发射区，IGBT结束通导状态。
3.发射区的导通：一旦适当的控制电流和电压施加后，MOS管中的电子开始导通，激活BJT的发射层。
4.提供辅助电压以维持MOS的导通：一旦电子开始导通，就必须通过辅助电压维持MOS的导通，以防止MOS关闭。
综上所述，IGBT的工作原理是通过不断改变控制端电压，并在MOS和BJT之间建立通路来控制导通和截止。
3. IGBT的应用IGBT作为一种重要的电子元件，广泛应用于各个领域。
以下是几个常见的应用领域：3.1 电力传输和变换IGBT在电力传输和变换领域起着重要作用，主要应用于交流换流器、逆变器和直流调节器等设备中。
IGBT的高电压和高电流承受能力，使其能够在电力系统中进行高效的能量转换和传输。
3.2 光伏发电系统在光伏发电系统中，IGBT用于逆变器中，将光伏电池板产生的直流电转换为交流电，以供电网使用或直接驱动电动设备。
3.3 汽车电子系统IGBT在汽车电子系统中的应用越来越广泛，用于电动车的控制系统、混合动力汽车的驱动系统和燃油喷射系统等。
IGBT的高开关速度和高电压能力使其适用于汽车中的高频电子设备。
3.4 变频空调在变频空调中，IGBT用于控制压缩机的工作，以实现空调系统的制冷和加热功能。
IGBT的高效能转换和低能耗使其成为变频空调系统的关键组成部分。
3.5 高速列车在高速列车领域，IGBT被用作高压变流器，用于控制高速列车的起动、制动和稳定运行。
IGBT简单应用
4。驱动电路设计、实际安装的注意事项 4.1关于光藕合器的杂波耐受力 由于IGBT是高速交换元件，因此在驱动电路中使用的光藕合器需要使用 杂波耐受力大的类型。另外，为了避免误动作，光藕合器的初级侧和次级 侧的配线不能交叉，为了充分发挥IGBT的高速交换性能，推荐使用信号 延迟时间短的光藕合器。 4.2关于驱动电路与IGBT间的配线 在驱动电路和IGBT间的配线长的情况下，门极信号的振荡和感应杂波会导致 IGBT误动作，作为对策，有以下方法： （1）驱动配线要尽量短，G，E线制成双绞线； （2）增大RG，但是要注意开关时间、交换损耗； （3）门极配线和IGBT的主电路配线要尽量远离，布局时两者要正交； （4）不要和其他相的门极配线绑在一起。 4.3关于门极过电压保护，为了防止VGE电压超过±20V，需要在G-E间连接齐纳 二极管等保护措施。
*目前的IGBT一般不存在这一问题。
1.4 IGBT的输出特性
图1-6
1.5 IGBT的主要参数有： 1）电压额定 VCES：C,E之间允许的最大电压。
VGES：G，E之间允许的最大电压，一般为±20V。
2）电流额定 ICmax: IGBT允许最大的持续直流；Tj≤150℃时。 IFmax：逆向二极管的允许的最大的持续的正向电流； Tj≤150℃时。 I 2 t：耐10ms以下的正弦波的脉冲电流能力。 3）温度 Tj：硅材料允许的Tjmax≤150 ℃。 4）损耗 Pc：Tj=25 ℃时，IGBT允许的最大损耗。 PCmax= （Tjmax-Tc）/Rth（j-c）。
与MOSFET不 一样的地方
1.2.2 IGBT的等效电路图N PN P图1.5
IGBT基础和应用要求
分类情况
IGBT产品已从第一代的PT型发展到目前第四代的SPT 型(PT→NPT → Trench → SPT/CSTBT)，但各厂家不同代之 间的技术定义不尽相同；从开关速度分有低速(≤8KHz)、中 速(8－40KHz)和高速(40KHz以上)；封装方式主要有单管朔 封和模块封装，两者都各有不同系列，特别是模块封装有单 管、多管、PIM和IPM；从栅极技术特点分平面栅极和立体 (Trench)栅极；从基区电场行为的技术特点分有穿通型(PT) 、非穿通型(NPT)和软穿通型(SPT) 。
发展趋势
功率电路的发展要求仍然是高频化、高输出功率、高 效和低噪声，由此而对器件提出的综合要求除了具有低损 耗、高开关速度、高反向耐压、高dV/dt耐量、安全工作区 宽等特点外，在低噪声（芯片技术与封装技术结合）和抗 干扰方面有更进一步要求。 IGBT技术在过去的十几年内经历了快速发展阶段。目 前芯片技术的主要特点是四种技术共存的局面，其中SPT技 术正逐步取代NPT技术成为主流技术。已能批量提供SPT技 术芯片的厂家是ABB、INFINEON和MITSUBISHI。未来3年内 Si材料IGBT芯片的综合性能将有进一步完善（UPS选型），
基本特性介绍
二、导通特性 由于结构上的特点，IGBT的通态压降包含了驱动用 MOSFET的压降和P-N结的结压降之和，它与门极驱动电压有 密切关系，在额定栅极电压范围内，电压降随栅极电压增加 而减小。但应用上栅极电压的增加受短路时的集电极电流要 求限制。 和功率晶体管一样IGBT工作时引入了电导调制效应使导 通压降得到减小，这一点还可以基本消除器件的额定电压对 导通压降的影响。但是随着电导调制程度的增加使IGBT出现 了擎住效应。通态压降的温度系数较小（深入一点可以讨论 以下正温度系数和负温度系数问题）。
IGBT基础
IGBT基础IGBT概述一个N沟道IGBT基本上是一个N沟道功率MOSFET构建在p型衬底上，图1为通常的IGBT横截面。
（PT IGBT有一个额外的N+层，将加以解释。
）因此，使用IGBT和使用功率MOSFET非常相似。
从发射极到栅极之间加一个正的电压，使得电子从Body区流向栅极。
如果栅极-发射极电压达到或超过阈值电压，栅极下将积累足够多的电子从而产生N 型反型层；跨过Body区的沟道形成一个导电通道，允许电流从集电极流向发射极。
（准确地说，它使得电子从发射极流向集电极。
）空穴从p型衬底注入漂移区。
如图2所示，为IGBT的简化等效电路图。
在衬底形成导电沟道时，电子可在沟道内流动。
当电子从源极流向漏极时，产生正向漏极电流。
沟道关断时，图1：N沟道IGBT的横截面。
图2：IGBT的简化等效电路图。
图2的左边电路图为一个N沟道功率MOSFET驱动一个大衬底PNP双极晶体管，为达林顿连接。
右边电路图简单地显示了一个N沟道功率MOSFET在漏极串联二极管的情形。
乍看之下，似乎IGBT两端的导通态压降比一个N沟道功率MOSFET本身两端的导通态压降要高一个二极管的压降。
事实是IGBT两端的导通态压降至少为一个二极管压降。
相比功率MOSFET，在相同的温度和电流的情况下，同样芯片尺寸的IGBT的导通态压降明显比MOSFET低。
原因是，MOSFET是多子（多数载流子）器件。
换言之，在N沟道MOSFET 中，只有电子在流动。
而如上所述，N沟道IGBT的p型衬底会注入空穴到漂移区。
因此，IGBT的电流里既有电子又有空穴。
这种空穴（少子）的注入大大减少了漂移区的等效电阻。
空穴的注入使导电性被调制，大大增加了电导率。
导通态压降低是IGBT相比功率MOSFET 的主要优势。
但是，较低的导通态压降的代价是IGBT开关速度慢，特别是在关闭时。
原因是，在关断时，与功率MOSFET一样，通过使栅极和发射极之间的电压低于阈值电压，就可以突然停止电子流。
IGBT模块驱动技术及应用
二、IGBT驱动与保护
驱动线
IGBT驱动线在设计过程中，尽量设计短，并双绞。
二、IGBT驱动与保护
结温
高结温将有助于减少在高杂散电感条件下的震荡
二、IGBT驱动与保护
二、IGBT驱动与保护
Vce尖峰
Vce尖峰电压由IGBT关断过程中杂散电感及二极管反向恢复产生。
L=85nH
L=185nH
衡IGBT的通态损耗和开关损耗。
一、IGBT基本原理
（2）非穿通（NPT）型IGBT
与PT型IGBT不同，NPT型IGBT以掺杂的N-
栅极
发射极
基区为衬底，P掺杂发射区设计的很薄，没有
PT型IGBT的N型缓冲区，这样在阻断状态，电
场只在N型衬底内存在。因为电场不再“穿
通”N型衬底，因此被称为“非穿通”型IGBT。
针对感性负载，为了防止过压，IGBT需要
并联一个续流二极管给电流提供续流回路。RC
N+
P
IGBT并不是简单的在外部并联一个半导体二极
管，而是在半导体内部实现了一个二极管，主
N-基区
（衬底）
要用于谐振电路、硬开关电路中。
N场终止层
P
N
集电极
P
一、IGBT基本原理
英飞凌IGBT
二、IGBT驱动与保护
IGBT模块驱动技术及应用
一、IGBT基本原理
目
录
二、IGBT驱动与保护
三、双脉冲测试
四、安全工作区
一、IGBT基本原理
1. IGBT基本介绍
IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）绝缘栅双极型晶体管
IGBT之父:Jayant Baliga(贾杨.巴利加)教授（20世纪80年代发明）
车规级IGBT简介演示
汇报人： 2024-01-08
目录
• IGBT简介 • 车规级IGBT的特点与优势 • 车规级IGBT的应用实例 • 车规级IGBT的未来发展 • 结论
01
IGBT简介
IGBT定义
01
IGBT是绝缘栅双极晶体管的简称 ，是一种复合全控型电压驱动式 功率半导体器件。
02
它结合了晶体管和绝缘栅场效应 管的优点，具有高输入阻抗、低 导通压降、低开关损耗等特点。
在电机控制中，IGBT可以控制电机的启动、停止和速度调节 ；在充电系统中，IGBT可以实现高效的充电和放电；在发动 机控制中，IGBT可以精确控制燃油喷射和点火时间。
02
车规级IGBT的特点与优势
车规级IGBT的特点与优势
• 车规级IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种广泛应用于汽车 领域的电力电子器件。它具有高效能、高可靠性、耐高温 和长寿命等特点，是新能源汽车和传统汽车中极为关键的 元件之一。
IGBT工作原理
IGBT在工作时，通过控制输入端晶 体管的栅极电压来控制输出端晶体管 的通断，从而实现电压和电流的调节 。
当输入端晶体管的栅极电压为高电平 时，输出端晶体管导通，电流从源极 流向漏极；当栅极电压为低电平时， 输出端晶体管截止，电流截止。
IGBT在汽车中的应用
在汽车中，IGBT主要用于电机控制、充电系统、发动机控制 等领域。
04
车规级IGBT的未来发展
车规级IGBT的未来发展
• 车规级IGBT（绝缘栅双极晶体管 ）是一种广泛应用于汽车电子系 统的功率半导体器件。它能够实 现高效率、高功率密度的电能转 换，是新能源汽车、电机驱动、 充电设施等领域的核心元件。本 演示文稿将简要介绍车规级IGBT 的基本原理、应用场景、技术发 展趋势以及市场前景。
IGBT的正确选择和使用
IGBT的正确选择和使用IGBT(双极性晶体管绝缘栅)是一种重要的功率半导体器件，广泛应用于各种工业和电力应用中。
IGBT在高电压、高电流和高频率下具有低开启电压和低开关损耗的优点，因此被认为是现代功率电子应用的理想选择。
正确选择和使用IGBT对于确保设备的稳定性和可靠性至关重要。
以下是一些关于IGBT正确选择和使用的要点：1.电压和电流等级的选择：根据应用需求和工作环境选择适当的IGBT，确保其电压和电流等级能够满足电路的工作条件。
过高的电压和电流可能导致器件失效或热失控。
2.热管理：IGBT在高功率应用中会产生大量热量，因此需要进行适当的热管理。
使用散热器、风扇或水冷系统等冷却装置来将热量散出。
确保IGBT的工作温度在其允许的范围内，以避免过热损伤。
3.驱动电路设计：IGBT需要适当的驱动电路来确保快速开关和关闭。
驱动电路应能够提供足够的电流和电压以确保IGBT的正常工作。
此外，还需要考虑电流负载的变化和保护电路。
4.保护电路设计：IGBT的应用场景可能面临电压波动、过电流、过温和瞬态过电压等问题，因此需要适当的保护电路来保护IGBT免受这些异常工作条件的损害。
5.模块封装和安装：IGBT通常以模块的形式销售，模块封装选择应考虑散热性能、电气性能和电子结构的布局。
在安装过程中，应注意连接器的正确安装和使用紧固件以确保良好的电气连接和机械固定。
6.噪声控制：IGBT在开关时会产生噪音和电磁干扰。
在设计和布线过程中，需要采取适当的噪声控制措施，如使用滤波器、屏蔽和良好的接地策略。
7.其他注意事项：在使用IGBT时，还需要注意输入电源稳定性、维护周期和环境温度等因素。
IGBT还可能需要进行特殊测试和校准，以确保其正常工作。
总结起来，IGBT的正确选择和使用需要综合考虑电压和电流等级、热管理、驱动电路设计、保护电路设计、模块封装和安装、噪声控制以及其他注意事项等因素。
正确的IGBT选择和使用可以确保设备的稳定性和可靠性，从而提高系统的性能和效率。
通俗易懂讲解IGBT的工作原理和作用
通俗易懂讲解IGBT的工作原理和作用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）即绝缘栅双极晶体管，是一种常用的功率半导体器件，具有高电压、高电流和高开关速度的特点。
它广泛应用于交流调速、电源逆变、电机驱动等领域，具有重要的作用。
本文将通俗易懂地介绍IGBT的工作原理和作用。
一、IGBT的工作原理IGBT是由N沟道型MOS（Metal Oxide Semiconductor）场效应晶体管与PNP型双极晶体管组成。
它结合了MOSFET和双极晶体管的优点，在导通时具有较低的导通压降，而在关断时具有较高的击穿电压。
其工作原理如下：1. 导通状态：在IGBT导通状态下，当控制电压Ugs大于门极阈值电压Uth时，N沟道型MOSFET处于导通状态，形成通道，电流可以从集电极到源极流动。
由于N沟道型MOSFET的导通电阻较小，因此导通时的压降很小。
2. 关断状态：当控制电压Ugs小于门极阈值电压Uth时，N沟道型MOSFET无通道，不导电，IGBT进入关断状态。
此时，通过控制电压Uce（集电-发射极电压）可以实现IGBT的关断。
由于PNP型双极晶体管的存在，即使在较高的Uce下，IGBT也能承受较高的电压。
IGBT的工作原理可以用一个自锁开关的例子来解释。
N沟道型MOSFET相当于自锁开关的门锁，控制门锁的状态可以实现导通和关断；PNP型双极晶体管相当于自锁开关的钥匙，即使是在关断状态下，只要插入钥匙（提供较高的Uce），开关仍然可以打开。
二、IGBT的作用IGBT作为一种高性能的功率开关器件，其作用主要体现在以下几个方面：1. 电流调节：IGBT能够调节高电压和高电流，广泛应用于交流调速和电源逆变等领域。
在交流调速中，IGBT可以根据输入信号的变化，控制电机的转速和输出功率。
2. 电源逆变：IGBT可实现DC/AC逆变，将直流电源转换为交流信号，用于交流电源转换、逆变焊机等领域。
IGBT工作原理
IGBT工作原理引言：IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种广泛应用于电力电子领域的半导体器件，具有高压、高频和高温等特点。
本文将详细介绍IGBT的工作原理及其应用。
一、IGBT的结构IGBT由三个主要部分组成：N沟道型MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、P型BJT（Bipolar Junction Transistor）和绝缘层。
N沟道型MOSFET负责控制电流，P型BJT负责放大电流。
绝缘层用于隔离控制信号和功率信号。
二、IGBT的工作原理当IGBT的控制端施加正向电压时，P型BJT的集电结区域会打开，使得电流可以通过。
同时，N沟道型MOSFET的栅极电压也会增加，进而改变N沟道的导电能力。
这样，控制信号就可以通过控制端调节IGBT的导通程度。
当IGBT的控制端施加负向电压时，P型BJT的集电结区域会关闭，导电能力降低。
此时，IGBT的导通能力会减弱或完全关闭。
因此，控制信号可以控制IGBT的导通和截止状态。
三、IGBT的应用1. 变频器：IGBT广泛应用于变频器中，用于调节交流电机的转速。
通过控制IGBT的导通时间和截止时间，可以改变输出电压和频率，从而实现电机的调速。
2. 逆变器：IGBT被广泛应用于逆变器中，将直流电转换为交流电。
逆变器常用于太阳能发电系统、风能发电系统和电动车辆中，将储存的直流电转换为交流电供电。
3. 电力传输：IGBT可用于电力传输系统中，提高电网的稳定性和效率。
通过控制IGBT的导通和截止时间，可以实现电力的调节和控制。
4. 电力电子设备：IGBT被广泛应用于电力电子设备中，如电源、逆变器、变频器等。
IGBT具有高效率、高频率和高可靠性的特点，可以满足各种电力电子设备的需求。
结论：IGBT是一种重要的半导体器件，具有广泛的应用领域。
本文详细介绍了IGBT 的结构、工作原理以及应用。
igbt可控硅的原理图及应用
IGBT可控硅的原理图及应用1. 引言本文介绍了IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）可控硅的原理图及应用。
IGBT可控硅是一种在功率电子领域广泛使用的半导体器件，它结合了可控硅和MOSFET的优点，具有低导通压降和高电流承载能力的特点，适用于高功率应用。
2. IGBT可控硅的工作原理IGBT可控硅由Pnpn结构的可控硅和MOSFET组成。
其工作原理如下：1.导通状态：当IGBT可控硅的栅极电压为正向偏置时，栅极和N型沟道之间形成正向电压，使得栅极区域变为低阻态。
同时，可控硅的控制极与基区之间的电压引起Pnpn结的夹断，阻止了电流的流动。
此时，可控硅处于导通状态。
2.截止状态：当IGBT可控硅的栅极电压为零或负向偏置时，栅极和N型沟道之间的电压没有足够的正向偏置，栅极区域变为高阻态。
此时，可控硅的Pnpn结的夹断被去除，电流可以顺利通过，可控硅处于截止状态。
由于IGBT可控硅的栅极区域具有低阻态和高阻态的特性，可以实现快速的开关过程和低功耗的导通状态，因此在高频率和高效率应用中广泛使用。
3. IGBT可控硅的应用IGBT可控硅由于其在大功率应用中的优越性能，被广泛应用于多个领域。
以下是一些常见的应用场景：•交流电机驱动器：IGBT可控硅可以用于交流电机的驱动器中，提供高效且可靠的电机控制。
它可以通过控制开关状态和脉宽调制来调节输出电压和频率，实现电机的速度和转矩控制。
•变频空调：IGBT可控硅在变频空调中起到关键作用。
它通过控制输入电压的波形和频率，以提供恒定的输出温度和舒适的环境。
由于IGBT可控硅具有低导通压降和高效率，能够实现能耗的降低和节能的目的。
•电力电子设备：IGBT可控硅可用于各种电力电子设备中，如电力变换器、交流调节器和直流电源。
它能够实现稳定的电压和电流输出，提供可靠的电源控制。
•电动车辆：IGBT可控硅在电动车辆中扮演重要角色。
IGBT栅极驱动电路的特性分析和应用
IGBT栅极驱动电路的特性分析和应用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)栅极驱动电路是一种用于控制IGBT的电路，它的作用是提供适当的电压和电流来触发和控制IGBT的导通和关断。
IGBT是一种高压、高电流开关器件，广泛用于各种领域的电力电子应用中，如工业驱动、交流电动机控制、逆变器和电力转换等。
1.兼容性：IGBT栅极驱动电路能够兼容各种控制信号，包括模拟和数字输入信号，因此可以适应不同的控制系统和接口。
2.速度：IGBT栅极驱动电路具有快速的响应速度，能够实现IGBT的快速开关和损耗最小化。
3.保护功能：IGBT栅极驱动电路通常具有过电压、过电流和短路保护功能，以防止IGBT被损坏。
4.隔离性：IGBT栅极驱动电路通常具有电气隔离功能，可以防止高压和高电流的反馈信号对控制系统造成损坏。
5.驱动能力：IGBT栅极驱动电路能够提供足够的电流和电压来驱动IGBT的栅极，确保IGBT能够正常工作。
1.工业驱动：IGBT栅极驱动电路广泛应用于工业驱动系统中，如电动机控制、变频器和软启动器等。
它们能够提供可靠的IGBT控制，确保电机系统的高效运行和可靠性。
2.电力转换：IGBT栅极驱动电路常被用于各种电力转换器，如逆变器、换流器、交流到直流变换器等。
通过控制IGBT的导通和关断，实现对输入电源的有效转换和调整。
3.新能源应用：IGBT栅极驱动电路在新能源领域的应用日益增多，如太阳能逆变器、风力发电系统和电动汽车充电器等。
它们能够提供高效的能量转换和稳定的电源输出。
4.高压应用：IGBT栅极驱动电路适用于各种高压应用，如高压直流传输、电力系统稳定和电网电压调节等。
通过控制IGBT的导通和关断，确保高压系统的稳定性和安全性。
总结起来，IGBT栅极驱动电路具有兼容性、速度、保护功能、隔离性和驱动能力等特点，广泛应用于工业驱动、电力转换和新能源等领域。
它们能够提供可靠的IGBT控制，确保系统稳定和高效工作。
IGBT的基础知识、IGBT的基本结构、参数选择、使用注意事项
IGBT的基础知识、IGBT的基本结构、参数选择、使用注意事项1.IGBT的基本结构绝缘栅双极晶体管（IGBT）本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区之间多了一个 P 型层。
根据国际电工委员会的文件建议，其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。
图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区称为源区，附于其上的电极称为源极。
N+区称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在漏、源之间的P型区（包括P+和P-区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region ）。
而在漏区另一侧的 P+ 区称为漏注入区（Drain injector ），它是 IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成 PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极。
为了兼顾长期以来人们的习惯，IEC规定：源极引出的电极端子（含电极端）称为发射极端（子），漏极引出的电极端（子）称为集电极端（子）。
这又回到双极晶体管的术语了。
但仅此而已。
IGBT的结构剖面图如图2所示。
它在结构上类似于MOSFET ，其不同点在于IGBT是在N 沟道功率MOSFET 的N+基板（漏极）上增加了一个P+ 基板（IGBT 的集电极），形成PN结j1 ，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。
图1 N沟道IGBT结构 图2 IGBT的结构剖面图 由图2可以看出，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR ，其简化等效电路如图3所示。
图中Rdr是厚基区GTR的扩展电阻。
IGBT是以GTR 为主导件、MOSFET 为驱动件的复合结构。
N沟道IGBT的图形符号有两种，如图4所示。
实际应用时，常使用图2－5所示的符号。
对于P沟道，图形符号中的箭头方向恰好相反，如图4所示。
IGBT 的开通和关断是由栅极电压来控制的。
igbt作用
igbt作用IGBT（Insulated-Gate Bipolar Transistor）即绝缘栅双极晶体管，是一种大功率半导体器件。
它结合了功率金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）和功率双极型晶体管（BJT）的优点，因此广泛应用于工业控制、电力变换和电能调节等领域。
IGBT的作用主要体现在以下几个方面：1. 转换和放大作用：IGBT具有双极型晶体管的开关性能和MOSFET的驱动能力，能够实现从微安级信号到几百安的大电流的转换和放大。
这使得IGBT在电力电子领域中广泛应用于开关电源、逆变器和交流调速装置等设备中。
2. 控制电流和电压：IGBT能够精确控制电流和电压的大小，从而实现电力调节和功率控制。
通过改变IGBT的栅极电压和信号输入，可以调整输出电流和电压的大小，满足不同电气负载的需要。
3. 高电压驱动：IGBT的栅极与驱动电路之间有绝缘层，使得其具备高耐压特性，可承受几百伏至几千伏的高电压。
这使得IGBT在电力系统中可用于高电压开关设备，如变压器和断路器，以提高电力系统的效率和稳定性。
4. 低开关损耗：与双极型晶体管相比，IGBT的开关损耗要小得多。
它的导通电压降和开关速度都比双极型晶体管低，从而减少了功率损耗和能量浪费。
这使得IGBT成为高效能源转换的理想选择，广泛应用于电机驱动系统、太阳能发电装置和电动汽车等领域。
5. 保护系统：IGBT具有过流、过温、过压和短路等保护功能，可以保护设备和电路免受损坏。
例如，在逆变器中，IGBT可通过检测电流和温度来避免过载和过热，从而延长设备的使用寿命。
总之，IGBT作为一种强大和可靠的功率半导体器件，其作用在于实现大功率电流和电压的转换、放大和调节。
通过控制信号输入和电源电压，IGBT能够提供高效的能量转换，同时保护电力设备和电路免受损坏。
随着科技的不断发展，IGBT的应用领域将更加广泛，为电力系统优化和节能减排做出更大的贡献。
IGBT模块：技术、驱动和应用课件：基本电路与应用实例
DC-AC逆变器
相对于两电平逆变器，三电平逆变器有许多优点 损耗降低 输出滤波器更小 输出电压或电流的失真度降低 电磁兼容（EMC）性能得到提升 系统成本降低
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
DC-AC逆变器
三电平模块/三电平桥臂
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
简介
换流：在变换器的运行期间（通常）电流周期性的从一个
半导体开关换流到另一个半导体开关。这个过程被称为电 流换流或换流。
外部换流 内部换流
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
主动前端：IGBT 辅助主动开关
AC-DC整流器和制动斩波器
启动时：每个辅助开关分别与相对应的开关VT1、VT3和VT5共 发射极串联连接，通过PWM控制给直流母线充电，这样就可以限制 电力半导体器件的电流。
正常工作：辅助开关开通（引入额外通态损耗，提高驱动电压）
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制动斩波器 消耗再生制动能量
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
AC-DC整流器和制动斩波器
主动前端：SCR
不需要制动电阻 再生的能量反馈到电网
需要有源逆变单元 机构和控制复杂 存在换流失败的可能
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U out
IGBT的基础与运用
IGBT 的基础与运用
IGBT，中文名字为绝缘栅双极型晶体管，它是由MOSFET（输入级）和PNP 晶体管（输出级）复合而成的一种器件，既有MOSFET 器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），频率特性介于MOSFET 与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz 频率范围内。
理想等效电路与实际等效电路如图所示：
IGBT 的静态特性一般用不到，暂时不用考虑，重点考虑动态特性（开关特性）。
动态特性的简易过程可从下面的表格和图形中获取：。
IGBT的常识及使用注意事项
IGBT的常识及使用注意事项IGBT的常识及使用注意事项一、IGBT管简介IGBT管是绝缘栅双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的简称，它是80年代初诞生，90年代迅速发展起来的新型复合电力电子器件IGBT管是由MOSFET场效应晶体管和BJT双极型晶体管复合而成的，其输入级为MOSFET，输出级为PNP型大功率三极管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件输入阻抗高响应速度快热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有双极型器件通态电压低耐压高和输出电流大的优点，其频率特性介于MOS-FET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位IGBT管的开通和关断是由栅极电压来控制IGBT管的。
当栅极加正电压时，OSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT管导通，此时高耐压的IGBT管也具有低的通态压降在栅极上加负电压时，MOSFET内的沟道消失，PNP 晶体管的基极电流被切断，IGBT管即关断IGBT管与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极发射极间施加十几伏的直流电压，只有微安级的漏电流，基本上不消耗功率，显示了输入阻抗大的优点。
二、IGBT管的代换由于IGBT管工作在大电流高电压状态，工作频率较高，发热量大，因此其故障率较高，又由于其价格较高，故代换IGBT管时，应遵循以下原则：首先，尽量用原型号的代换，这样不仅利于固定安装，也比较简便其次，如果没有相同型号的管子，可用参数相近的IGBT管来代换，一般是用额定电流较大的管子代替额定电流较小的，用高耐压的代替低耐压的，如果参数已经磨掉，可根据其额定功率来代换。
三、IGBT管的保存保存半导体元件的场合温度与湿度应保持常温常湿状态，不应偏离太大一般地，常温规定为5~35摄氏度，常湿规定为45％~75％在冬天特别干燥的地区，需用加湿机加湿装IGBT管模块的容器，应选用不带静电的容器并尽量远离有腐蚀性气体或灰尘较多的场合在温度发生急剧变化的场所IGBT模块表面可能有结露水的现象，因此IGBT模块应放在温度变化较小的地方。
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IGBT基础与运用
筹备了一段时间，也找了不少的资料将准备开始整理和学习IGBT的材料。
IGBT 的资料有很多，如果想找，可以在baidu文档里面找中文的资料，也可以在google找pdf的英文资料。
粗略看起来较为详细的有：富士IGBT应用手册，三菱第五代IGBT应用手册。
而英飞凌的网站上的资料也较为齐整，都是英文的兄弟们可参详。
IGBT，中文名字为绝缘栅双极型晶体管，它是由MOSFET（输入级）和PNP晶体管（输出级）复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内。
理想等效电路与实际等效电路如图所示：
IGBT 的静态特性一般用不到，暂时不用考虑，重点考虑动态特性（开关特性）。
动态特性的简易过程可从下面的表格和图形中获取：
IGBT的开通过程
IGBT 在开通过程中，分为几段时间
1.与MOSFET类似的开通过程，也是分为三段的充电时间
2.只是在漏源DS电压下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和过程中增加了一段延迟时间。
在上面的表格中，定义了了：开通时间Ton，上升时间Tr和Tr.i
除了这两个时间以外，还有一个时间为开通延迟时间td.on:td.on=Ton-Tr.i
IGBT在关断过程
IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。
第一段是按照MOS管关断的特性的
第二段是在MOSFET关断后，PNP晶体管上存储的电荷难以迅速释放，造成漏极电流较长的尾部时间。
在上面的表格中，定义了了：关断时间Toff，下降时间Tf和Tf.i
除了表格中以外，还定义
trv为DS端电压的上升时间和关断延迟时间td(off)。
漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成，而总的关断时间可以称为toff=td(off)+trv十t(f)，td(off)+trv之和又称为存储时间。
从下面图中可看出详细的栅极电流和栅极电压，CE电流和CE电压的关系：
从另外一张图中细看MOS管与IGBT管栅极特性可能更有一个清楚的概念：
开启过程
关断过程
IGBT基础与运用-2
尝试去计算IGBT的开启过程，主要是时间和门电阻的散热情况。
C.GE 栅极-发射极电容
C.CE 集电极-发射极电容
C.GC 门级-集电极电容（米勒电容）
Cies = CGE + CGC 输入电容
Cres = CGC 反向电容
Coes = CGC + CCE 输出电容
根据充电的详细过程，可以下图所示的过程进行分析
对应的电流可简单用下图所示：
第1阶段：栅级电流对电容CGE进行充电，栅射电压VGE上升到开启阈值电压VGE(th)。
这个过程电流很大，甚至可以达到几安培的瞬态电流。
在这个阶段，集电极是没有电流的，极电压也没有变化，这段时间也就是死区时间，由于只对GE电容充电，相对来说这是比较容易计算的，由于我们采用电压源供电，这段曲线确实是一阶指数曲线。
第2阶段：栅极电流对Cge和Cgc电容充电，IGBT的开始开启的过程了，集电极电流开始增加，达到最大负载电流电流IC，由于存在二极管的反向恢复电流，因此这个过程与MOS管的过程略有不同，同时栅极电压也达到了米勒平台电压。
第3阶段：栅极电流对Cge和Cgc电容充电，这个时候VGE是完全不变的，值得我们注意的是Vce的变化非常快。
第4阶段：栅极电流对Cge和Cgc电容充电，随着Vce缓慢变化成稳态电压，米勒电容也随着电压的减小而增大。
Vge仍旧维持在米勒平台上。
第5阶段：这个时候栅极电流继续对Cge充电，Vge电压开始上升，整个IGBT完全打开。
我的一个同事在做这个将整个过程等效为一阶过程。
如果以这个电路作为驱动电路的话：
驱动的等效电路可以表示为：
利用RC的充放电曲线可得出时间和电阻的功率。
这么算的话，就等于用指数曲线，代替了整个上升过程，结果与等效的过程还是有些差距的。
不过由于C.GE，C.CE，C.GC是变化的，而且电容两端的电压时刻在变化，我们无法完全整理出一条思路来。
很多供应商都是推荐使用Qg来做运算，计算方法也可以整理出来，唯一的变化在于Qg是在一定条件下测定的，我们并不知道这种做法的容差是多少。
我觉得这种做法的最大的问题是把整个Tsw全部作为充放电的时间，对此还是略有些疑惑的。
说说我个人的看法，对这个问题，定量的去计算得到整个时间非常困难，其实就是仿真也是通过数字建模之后进行实时计算的结果，这个模型与实际的条件进行对比也可能有很大的差距。
因此如果有人要核算整个栅极控制时序和时间，利用电容充电的办法大致给出一个很粗略的结果是可以的，如果要精确的，算不出来。
对于门级电阻来说，每次开关都属于瞬态功耗，可以使用以前介绍过的电阻的瞬态功率进行验算吧。
电阻抗脉冲能力
我们选电阻的大小是为了提供足够的电流，也是为了足够自身散热情况。
前级的三极管，这个三极管的速度要非常快，否则如果进入饱和的时间不够短，在充电的时候将可能有钳制作用，因此我对于这个电路的看法是一定要做测试。
空载的和带负载的，可能情况有很大的差异。
栅极驱动的改进历程和办法（针对米勒平台关断特性）
IGBT基础与运用-3
前面都讲了一些计算的东西，这次总结一些设计法则。
栅极电阻：其目的是改善控制脉冲上升沿和下降沿的斜率，并且防止寄生电感与电容振荡，限制IGBT集电极电压的尖脉冲值。
栅极电阻值小——充放电较快，能减小开关时间和开关损耗，增强工作的耐固性，避免带来因dv/dt的误导通。
缺点是电路中存在杂散电感在IGBT 上产生大的电压尖峰，使得栅极承受噪声能力小，易产生寄生振荡。
栅极电阻值大——充放电较慢，开关时间和开关损耗增大。
一般的：开通电压15V±10%的正栅极电压，可产生完全饱和，而且开关损耗最小，当<12V时通态损耗加大，>20V时难以实现过流及短路保护。
关断偏压-5到-15V目的是出现噪声仍可有效关断，并可减小关断损耗最佳值约为-8～10V。
栅极参数对电路的影响
IGBT 内部的续流二极管的开关特性也受栅极电阻的影响，并也会限制我们选取栅极阻抗的最小值。
IGBT的导通开关速度实质上只能与所用续流二极管反向恢复特性相兼容的水平。
栅极电阻的减小不仅增大了IGBT的过电压应力，而且由于IGBT模块中di/dt的增大，也增大了续流二极管的过压极限。
栅极电阻与关断变化图
栅极驱动的印刷电路板布线需要非常注意，核心问题是降低寄生电感，对防止潜在的振荡，栅极电压上升速率，噪音损耗的降低，降低栅极电压的需求或减小栅极保护电路的效率有较大的影响。
措施
因此将驱动至栅极的引线加粗，将之间的寄生电感减至最低。
控制板与栅极驱动电路需要防止功率电路和控制电路之间的电感耦合。
当控制板和IGBT控制端子不能直接连接时，考虑用双股绞线(2转/CM小于3CM长)或带状线，同轴线进行连接。
栅极保护
为了保险起见，可采用TVS等栅极箝位保护电路，考虑放置于靠近IGBT模块的栅极和发射极控制端子附近。
IGBT基础与运用-2 中英飞凌的电路比较典型。
耦合干扰与噪声
IGBT的开关会使用相互电位改变，PCB板的连线之间彼此不宜太近，过高的dv/dt会由寄生电容产生耦合噪声。
要减少器件之间的寄生电容，避
免产生耦合噪声。
由于IGBT等功率器件都存在一定的结电容，所以会造成器件导通关断的延迟现象。
虽然我们尽量考虑去降低该影响（提高控制极驱动电压电流，设置结电容释放回路等）。
但是为了防止关断延迟效应造成上下桥臂直通，因为一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，直通炸模块后后果非常严重（最好的结果是过热）。
死区时间（空载时间）设置
在控制中，人为加入上下桥臂同时关断时间，以保证驱动的安全性。
死区时间大，模块工作更加可靠，但会带来输出波形的失真及降低输出效率。
死区时间小，输出波形要好一些，只是会降低可靠性，一般为us级，典型数值在3us以上。
在汽车电子应用中，特别要注意环境温度对toff的影响很大，使得toff延长，并且栅极电阻的加入也是的关断时间受一定的影响，因此需要进行调
整。
IGBT 栅极引起的问题列表（红色部分圈注的）：。