[其他]絕緣柵雙極晶體管的激勵電路

無效

• 申請號: 86101151
• 申請日: 1986-02-06
• 公開（公告）號: CN1006266B
• 公開（公告）日: 1989-12-27
• 發明（設計）人: 岡土千尋
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 王棟令

為絕緣柵雙極晶體管ＩＧＢＴ（１）用的激勵電路包括有：電源（４，５）；供ＩＧＢＴ（１）柵極電壓的柵壓輸入電路（６，７）；為檢測該ＩＧＢＴ（１）集電－發射極電壓的檢測電路（１６，１７，４１，４２）；和為調低控制信號的調節電路（１３，１４，１０，１８，２１，４４）。當檢測電路檢出不正常狀態時，調節電路在檢測后或在對柵極加導通信號經一預定時間間隔后立即對ＩＧＢＴ（１）的柵壓進行降壓操作。

本發明涉及到一個激歷絕緣柵雙極晶體管（下簡稱IGBT-insulated gate bipolar transistor）的電路，該電路安全地激歷IGBT的柵極而無伴生的過電流現象。

利用IGBT元件已經構成有許多類型的變換直流為交流或變換直流為直流的功率變換器，這種IGBT元件具有一個絕緣柵，而且它工作于雙極型式。IGBT具有較短轉換時間和低導通電壓的特性，因而這種元件能實現小型化，低造價和大功率高頻控制，這在常規的雙極晶體管或MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）是做不到的。

圖1即為用一只IGBT形成的基本斬波器電路。該圖中IGBT1和負荷3串接于直流電源2的兩端，通過控制IGBT1的“導通-截止”而將電源加于負荷3上。

為了對IGBT1實現“導通-截止”的控制，為柵極用的串接的電源4和5與串聯的NPN型晶體管6和PNP型晶體管7形成并聯連接，并且晶體管6和7的公共結點接至IGBT1的柵極。再有，晶體管6和7的基極共同接到輸入端8以接受激歷電壓。

當正信號加到輸入端8時，晶體管6導通，因而正電壓從電源4加到IGBT1的柵極，致使IGBT導通。

另一方面，當負信號加到輸入端8時，晶體管7導通，因而負電壓從電源5加到IGBT1的柵極，從而使其截止。

在這種情況下的導通電壓與導通電流間的關系曲線如圖2所示，其中導通電壓即IGBT1導通時的集電極對發射極的電壓V_CE，而導通電流則為此種狀態下的集電極電流I_c。此時的集電極對發射極的電壓與最大集電極電流I_cmax之間的關系則如圖3中曲線所示。

從圖2將看到，IGBT1具有介乎晶體管和可控硅之間的中間特性，也即，它表現出類似于晶體管在低柵壓區中的恒電流特性和在高柵壓區的低電壓降特性。

顯然，如果IGBT1被以高柵壓V_GE激歷，則導通電壓V_CE較低，因而IGBT1的功耗減小。

但是，存在的問題是，IGBT時常因為發生如圖3中斜線所示范圍的過電流而招致損壞。這是由于當圖1中的負荷3發生短路故障時，直流電源電壓就會直接加在其集電極和發射極兩端而造成的。

考慮到上述故障如果發生在IGBT激歷在低柵壓V_GE態下，則導致的另一問題是，功耗將因電壓V_CE的升高而增大。

圖4表示出一只IGBT的開關特性，其中，集電極對發射極電壓V_CE在柵壓V_GE從負值轉換到正值以后經延時T_d即開始下降，經過時間T_f時下降到10^V以下，對于一只高速IGBT，其時間T_d約為0.5μs，T_f約為1μs。

因此，由于導通操作具有與柵壓V_GE有關的時延，除了根據有過電流或過渡現象而產生的較高的集電極對發射極電壓外，則很難確定是否有短路事故發生。

在某些類型的IGBT中是不允許發生直接短路的。

奇異公司（GE Corporation）生產的各種類型的IGBT，IGT（絕緣柵晶體管）是眾所周知的，并在1983年的“工業電子”（Factory Electronic）上“絕緣柵晶體管的應用”一文中有介紹。