绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在PSM广播发射机调制器中的应用
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作。
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制器一直是Ｐ Ｓ Ｍ广播发射机的追求 目标。 随 着绝 缘 栅 双极 型 晶 体管 （ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｇ ａ ｔ ｅ ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ，Ｉ ＧＢ Ｔ）技 术 的发 展 ， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的 耐压 、 电流 密 度 、开 关频 率 以 及 高
（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ）
前言
随 着 ＰＳ Ｍ 广 波 发 射 机 技 术 的 不 断 发 展 ，输 出功 率越 来越 高 ，调 制器 的工 作 电压 和 电流 也 越 来 越 大 ，这 也制 约 着 电 子 管 在 大 功 率 调 制 器 中的 应 用 ，采 用 全 固 态 的 调
题 。在 发射 机调 制 器应 用 中 ，是 用 了两 条高 绝 缘的 光缆 和低 电位处 的控 制信 号相 联 系 ， 在 实 用 过 程 中结 果 表 明 ，该 电路 简单 、可 靠 、并 且容 易维 护等 优 点 。 ２ ． ２ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 组 建的 均压 技术 在 发射 机调 制 器的 应用 中还 存在 由于 组 件 本 身 引线 电感 ，Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 组 件 开 关 不一 致 性 及Ｉ ＧＢ Ｔ导通 正 向压 降 不 同等 影 响 ，势 必 会 导 致 电压尖 峰 ｆ Ｉ Ｉ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 组 件 的 电流 不均 衡 等 现 象 ，这些 现 象 严 重 时会 导 致 个 ｇ ｑ ｌ ＧＢ Ｔ因 过 载而 损坏 ，并 造 成连 锁反 应 ，最终 使 串联 组 件 失 效 。所 以 如 图３ 所 示 ，在 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的ＡＣ 管 和 ＤＣ 管 两 端 并 联 负载 电 阻 （ １ Ｏ Ｋ Ｑ ）、 反向信 号 削波二 极 管和 正 向钳位 二极 管 ，其 作 用进 行均 压 限制 开通 尖峰 电流 。
图２ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 串联均压图 ２ ． ３ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的 保护控 制 电路 ２ ． ３ ． １ 电压 过低 保护 电压 比较 器Ｎ２ Ｂ 的 同相端 接入 １ ２ Ｖ经Ｒ１ ｆ Ｉ Ｉ Ｒ２ 分 压 后得 到 ６ Ｖ电压 ，反 相端 接 入 的是 稳 压 管 Ｖ１ 的稳 定 电压 ５ ． １ Ｖ， 正 常 时 同 相 端 的 电压 大干 反 相端 的 电压 ，Ｎ ２ Ｂ 输 出高 电平 信 号 。如果 外 电降 得太 低 ，由于 Ｎ ２ Ｂ 的反 相 端 电压 不 变 ，同相 端 电压 下 降 ，且 小于 ５ Ｖ 时 ，Ｎ２ Ｂ 输 出 低 电平 去 断 开 保 护管 。 Ｃ ４ 的 作 用是 防止 瞬 间电压 降 的太低 而发 出保 护 动
６ ００ Ｖ～ １ ８ ００ Ｖ
、
电流 容量 为 １ Ｏ Ｏ Ａ～４ ０ ０ Ａ、关
断 时 间低 至０ ． ０ ２ ｓ 。所 以在Ｐ ｓ Ｍ 广 播 发射 机 调 制 器 的功 率 模 块 中大量 应 用 了（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ） 作为
电子开 关 的重要 组件 。
关键 词 调 制 器 ；功 率 模 块 ；绝 缘栅 双 极 型 晶 体 管
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 关断 。
由于发 射机 采用 的是 全 固态 调制 器 ，工 作电压高，脉冲 电流大，串并联组件多，所 以 容 易损坏 ，另外 器件 作为 电源 的前 级 ，受 电网波动、谐波 、开关过程引起的电压尖峰 等因素 ，使其承受较强的短路 电流，因此产 生 很 大 的应 力 ，更 易使 Ｉ ＧＢ Ｔ损 坏 。所 以 增
￣Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的保 护 ｌ提 高 器件 的 可 靠性 应 着 重 解决 好 以下 关键 技术 ： ２ ． １高 电位 隔离 驱动 技 术 对于 串联 Ｉ ＧＢＴ组 件 来 说 ，保 证 每 个 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ管能 够 同时 受触 发 开 通 非 常关 键 ，由 于全 部组 件 均浮 动在 不 同的高 电上 位 ，所 以 必 须 解 决 高 电位 上 驱 动 信 号 的隔 离传 输 问
温特 性 也广泛 的应 用 。
１ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的工作原理和特性
绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管 是 一 种 通过 栅 极 驱 动 电 压 来 控 制 的 开 关 晶 体 管 ，Ｉ Ｇ ＢＴ集 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ高速 开关 和 低驱 动功率 与Ｂ Ｊ Ｔ 低 开 关 损耗 的优 点于 一 身 ，器件 的结 构和 工作 原 理与ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ Ｓ Ｎ 似 ，只是在Ｖ Ｄ ＭＯ Ｓ 的基础 上在增加 了一个Ｐ 层 ，在器件导通时正偏 置的Ｐ ＋Ｎ结 向 基 区 （ Ｎ一 ）注 入空 穴 ，产 生 基 区 电导 调 制 效 应 ，因此 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ器 件的 导 通 压 降 低 ，通 态 损耗 等 同 干双 极 型 晶 体 管 。 Ｉ ＧＢ Ｔ的 开 通 与 关 断 是 由栅 极 电 压 来 控 制 的 ，Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的 开启 与 ＭＯＳ 器 件相 同 ，导 通 过 程 非 常 迅 速 ，当加 正 向栅 压 时 ，ＭＯＳ 管 给 Ｐ ＮＰ晶体 管提 供 基 极 电流 ，使 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 导通 ， 反 之加 反 向栅压 时消 除 沟道 ，流 过反 向基 极 电流 ，ＭＯ Ｓ 管 夹断 ， Ｒ ｐ Ｐ ＮＰ 管基极开路 ，
Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ３ ． １ ０ ． ０ ９ ０
绝缘栅双极型 晶体 管 （ Ｉ ＧＢＴ） 在ＰＳＭ广播发射机 调制器 中的应用
牛春 苗
国 家新 闻 出版 广 电 总局 ５ ９ ４ 台 摘 要 绝 缘 栅 双 极 型 晶体 管 （ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ）是 一 种 大 电 流 密度 、 高 电压 激 励 的控 制 器 件 ，是 高压 高速 新 型 大 功 率 器 件 ， 它 的 耐 压 能 力 为
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制器一直是Ｐ Ｓ Ｍ广播发射机的追求 目标。 随 着绝 缘 栅 双极 型 晶 体管 （ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｇ ａ ｔ ｅ ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ，Ｉ ＧＢ Ｔ）技 术 的发 展 ， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的 耐压 、 电流 密 度 、开 关频 率 以 及 高
（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ）
前言
随 着 ＰＳ Ｍ 广 波 发 射 机 技 术 的 不 断 发 展 ，输 出功 率越 来越 高 ，调 制器 的工 作 电压 和 电流 也 越 来 越 大 ，这 也制 约 着 电 子 管 在 大 功 率 调 制 器 中的 应 用 ，采 用 全 固 态 的 调
题 。在 发射 机调 制 器应 用 中 ，是 用 了两 条高 绝 缘的 光缆 和低 电位处 的控 制信 号相 联 系 ， 在 实 用 过 程 中结 果 表 明 ，该 电路 简单 、可 靠 、并 且容 易维 护等 优 点 。 ２ ． ２ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 组 建的 均压 技术 在 发射 机调 制 器的 应用 中还 存在 由于 组 件 本 身 引线 电感 ，Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 组 件 开 关 不一 致 性 及Ｉ ＧＢ Ｔ导通 正 向压 降 不 同等 影 响 ，势 必 会 导 致 电压尖 峰 ｆ Ｉ Ｉ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 组 件 的 电流 不均 衡 等 现 象 ，这些 现 象 严 重 时会 导 致 个 ｇ ｑ ｌ ＧＢ Ｔ因 过 载而 损坏 ，并 造 成连 锁反 应 ，最终 使 串联 组 件 失 效 。所 以 如 图３ 所 示 ，在 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的ＡＣ 管 和 ＤＣ 管 两 端 并 联 负载 电 阻 （ １ Ｏ Ｋ Ｑ ）、 反向信 号 削波二 极 管和 正 向钳位 二极 管 ，其 作 用进 行均 压 限制 开通 尖峰 电流 。
图２ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 串联均压图 ２ ． ３ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的 保护控 制 电路 ２ ． ３ ． １ 电压 过低 保护 电压 比较 器Ｎ２ Ｂ 的 同相端 接入 １ ２ Ｖ经Ｒ１ ｆ Ｉ Ｉ Ｒ２ 分 压 后得 到 ６ Ｖ电压 ，反 相端 接 入 的是 稳 压 管 Ｖ１ 的稳 定 电压 ５ ． １ Ｖ， 正 常 时 同 相 端 的 电压 大干 反 相端 的 电压 ，Ｎ ２ Ｂ 输 出高 电平 信 号 。如果 外 电降 得太 低 ，由于 Ｎ ２ Ｂ 的反 相 端 电压 不 变 ，同相 端 电压 下 降 ，且 小于 ５ Ｖ 时 ，Ｎ２ Ｂ 输 出 低 电平 去 断 开 保 护管 。 Ｃ ４ 的 作 用是 防止 瞬 间电压 降 的太低 而发 出保 护 动
６ ００ Ｖ～ １ ８ ００ Ｖ
、
电流 容量 为 １ Ｏ Ｏ Ａ～４ ０ ０ Ａ、关
断 时 间低 至０ ． ０ ２ ｓ 。所 以在Ｐ ｓ Ｍ 广 播 发射 机 调 制 器 的功 率 模 块 中大量 应 用 了（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ） 作为
电子开 关 的重要 组件 。
关键 词 调 制 器 ；功 率 模 块 ；绝 缘栅 双 极 型 晶 体 管
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 关断 。
由于发 射机 采用 的是 全 固态 调制 器 ，工 作电压高，脉冲 电流大，串并联组件多，所 以 容 易损坏 ，另外 器件 作为 电源 的前 级 ，受 电网波动、谐波 、开关过程引起的电压尖峰 等因素 ，使其承受较强的短路 电流，因此产 生 很 大 的应 力 ，更 易使 Ｉ ＧＢ Ｔ损 坏 。所 以 增
￣Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的保 护 ｌ提 高 器件 的 可 靠性 应 着 重 解决 好 以下 关键 技术 ： ２ ． １高 电位 隔离 驱动 技 术 对于 串联 Ｉ ＧＢＴ组 件 来 说 ，保 证 每 个 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ管能 够 同时 受触 发 开 通 非 常关 键 ，由 于全 部组 件 均浮 动在 不 同的高 电上 位 ，所 以 必 须 解 决 高 电位 上 驱 动 信 号 的隔 离传 输 问
温特 性 也广泛 的应 用 。
１ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的工作原理和特性
绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管 是 一 种 通过 栅 极 驱 动 电 压 来 控 制 的 开 关 晶 体 管 ，Ｉ Ｇ ＢＴ集 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ高速 开关 和 低驱 动功率 与Ｂ Ｊ Ｔ 低 开 关 损耗 的优 点于 一 身 ，器件 的结 构和 工作 原 理与ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ Ｓ Ｎ 似 ，只是在Ｖ Ｄ ＭＯ Ｓ 的基础 上在增加 了一个Ｐ 层 ，在器件导通时正偏 置的Ｐ ＋Ｎ结 向 基 区 （ Ｎ一 ）注 入空 穴 ，产 生 基 区 电导 调 制 效 应 ，因此 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ器 件的 导 通 压 降 低 ，通 态 损耗 等 同 干双 极 型 晶 体 管 。 Ｉ ＧＢ Ｔ的 开 通 与 关 断 是 由栅 极 电 压 来 控 制 的 ，Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的 开启 与 ＭＯＳ 器 件相 同 ，导 通 过 程 非 常 迅 速 ，当加 正 向栅 压 时 ，ＭＯＳ 管 给 Ｐ ＮＰ晶体 管提 供 基 极 电流 ，使 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 导通 ， 反 之加 反 向栅压 时消 除 沟道 ，流 过反 向基 极 电流 ，ＭＯ Ｓ 管 夹断 ， Ｒ ｐ Ｐ ＮＰ 管基极开路 ，
Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ３ ． １ ０ ． ０ ９ ０
绝缘栅双极型 晶体 管 （ Ｉ ＧＢＴ） 在ＰＳＭ广播发射机 调制器 中的应用
牛春 苗
国 家新 闻 出版 广 电 总局 ５ ９ ４ 台 摘 要 绝 缘 栅 双 极 型 晶体 管 （ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ）是 一 种 大 电 流 密度 、 高 电压 激 励 的控 制 器 件 ，是 高压 高速 新 型 大 功 率 器 件 ， 它 的 耐 压 能 力 为