[其他]绝缘栅双极晶体管的激励电路

说明书

为绝缘栅双极晶体管ＩＧＢＴ（１）用的激励电路包括有：电源（４，５）；供ＩＧＢＴ（１）栅极电压的栅压输入电路（６，７）；为检测该ＩＧＢＴ（１）集电－发射极电压的检测电路（１６，１７，４１，４２）；和为调低控制信号的调节电路（１３，１４，１０，１８，２１，４４）。当检测电路检出不正常状态时，调节电路在检测后或在对栅极加导通信号经一预定时间间隔后立即对ＩＧＢＴ（１）的栅压进行降压操作。

本发明涉及到一个激历绝缘栅双极晶体管（下简称IGBT-insulated gate bipolar transistor）的电路，该电路安全地激历IGBT的栅极而无伴生的过电流现象。

利用IGBT元件已经构成有许多类型的变换直流为交流或变换直流为直流的功率变换器，这种IGBT元件具有一个绝缘栅，而且它工作于双极型式。IGBT具有较短转换时间和低导通电压的特性，因而这种元件能实现小型化，低造价和大功率高频控制，这在常规的双极晶体管或MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是做不到的。

图1即为用一只IGBT形成的基本斩波器电路。该图中IGBT1和负荷3串接于直流电源2的两端，通过控制IGBT1的“导通-截止”而将电源加于负荷3上。

为了对IGBT1实现“导通-截止”的控制，为栅极用的串接的电源4和5与串联的NPN型晶体管6和PNP型晶体管7形成并联连接，并且晶体管6和7的公共结点接至IGBT1的栅极。再有，晶体管6和7的基极共同接到输入端8以接受激历电压。

当正信号加到输入端8时，晶体管6导通，因而正电压从电源4加到IGBT1的栅极，致使IGBT导通。

另一方面，当负信号加到输入端8时，晶体管7导通，因而负电压从电源5加到IGBT1的栅极，从而使其截止。

在这种情况下的导通电压与导通电流间的关系曲线如图2所示，其中导通电压即IGBT1导通时的集电极对发射极的电压V_CE，而导通电流则为此种状态下的集电极电流I_c。此时的集电极对发射极的电压与最大集电极电流I_cmax之间的关系则如图3中曲线所示。

从图2将看到，IGBT1具有介乎晶体管和可控硅之间的中间特性，也即，它表现出类似于晶体管在低栅压区中的恒电流特性和在高栅压区的低电压降特性。

显然，如果IGBT1被以高栅压V_GE激历，则导通电压V_CE较低，因而IGBT1的功耗减小。

但是，存在的问题是，IGBT时常因为发生如图3中斜线所示范围的过电流而招致损坏。这是由于当图1中的负荷3发生短路故障时，直流电源电压就会直接加在其集电极和发射极两端而造成的。

考虑到上述故障如果发生在IGBT激历在低栅压V_GE态下，则导致的另一问题是，功耗将因电压V_CE的升高而增大。

图4表示出一只IGBT的开关特性，其中，集电极对发射极电压V_CE在栅压V_GE从负值转换到正值以后经延时T_d即开始下降，经过时间T_f时下降到10^V以下，对于一只高速IGBT，其时间T_d约为0.5μs，T_f约为1μs。

因此，由于导通操作具有与栅压V_GE有关的时延，除了根据有过电流或过渡现象而产生的较高的集电极对发射极电压外，则很难确定是否有短路事故发生。

在某些类型的IGBT中是不允许发生直接短路的。

奇异公司（GE Corporation）生产的各种类型的IGBT，IGT（绝缘栅晶体管）是众所周知的，并在1983年的“工业电子”（Factory Electronic）上“绝缘栅晶体管的应用”一文中有介绍。