igbt工作原理和作用 igbt損壞的原因分析

igbt是什么？

IGBT，全稱(chēng)為Insulated Gate Bipolar Transistor，即絕緣柵雙極型晶體管。這是一種電路開(kāi)關(guān)設(shè)備，因其可以穩(wěn)定控制電壓并具有高耐壓性能，常被用于直流電壓為500伏或更高的變流系統(tǒng)中。

igbt工作原理

通過(guò)施加正向柵極電壓以形成溝道，并為PNP（原先為NPN）晶體管提供基極電流，從而使IGBT導(dǎo)通。反之，通過(guò)施加反向門(mén)極電壓消除溝道，切斷基極電流，從而使IGBT關(guān)斷。大功率IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的工作原理與一般的IGBT相同，是通過(guò)柵極（Gate）電壓來(lái)控制集電極（Collector）和發(fā)射極（Emitter）之間的電流。

igbt損壞的原因分析

在使用IGBT管時(shí)，經(jīng)常會(huì)面臨容性或感性負(fù)載的沖擊，導(dǎo)致過(guò)負(fù)荷或甚至負(fù)載短路等問(wèn)題，從而損壞IGBT管。IGBT管損壞的原因主要有以下幾種情況：

一、過(guò)電流損壞

1. 鎖定效應(yīng)：IGBT管是一種復(fù)合器件，內(nèi)部含有寄生晶體管，當(dāng)漏極電流大到一定程度時(shí)，這個(gè)正偏壓足以使NPN型晶體管導(dǎo)通，進(jìn)而使NPN型或PNP型晶體管處于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致寄生晶體管開(kāi)通，柵極失去了控制作用，發(fā)生鎖定效應(yīng)。此時(shí)，集電極電流過(guò)大，造成過(guò)高的功耗，從而導(dǎo)致器件損壞。

2. 長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流運(yùn)行：當(dāng)IGBT管的運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到或超出反偏安全工作區(qū)（RBSOA）所限定的電流安全邊界時(shí)，會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流運(yùn)行。此時(shí)，電路必須能在電流到達(dá)RBSOA限定邊界前立即關(guān)斷器件，才能達(dá)到保護(hù)器件的目的。

3. 短路超時(shí)（＞10μs）：短路超時(shí)是指IGBT管所承受的電流值達(dá)到或超出短路安全工作區(qū)（SCSOA）所限定的最大邊界，比如為4～5倍額定電流時(shí)，必須在10μs之內(nèi)關(guān)斷IGBT管。如果此時(shí)IGBT管所承受的最大電壓也超過(guò)器件標(biāo)稱(chēng)值，IGBT管必須在更短時(shí)間內(nèi)被關(guān)斷。

二、過(guò)電壓損壞和靜電損壞

1. 過(guò)電壓損壞：在IGBT管關(guān)斷時(shí)，由于電路中存在電感成分，關(guān)斷瞬間將產(chǎn)生尖峰電壓。如果尖峰電壓超過(guò)IGBT管器件的最高峰值電壓，將造成IGBT管擊穿損壞。IGBT管過(guò)電壓損壞可分為集電極一柵極過(guò)電壓、柵極一發(fā)射極過(guò)電壓、高du/dt過(guò)電壓等。

2. 靜電損壞：在IGBT管的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、安裝過(guò)程中，由于靜電的干擾，可能導(dǎo)致器件損壞。

在大多數(shù)情況下，過(guò)電壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)都比較完善。但是由于高du/dt所致的過(guò)電壓故障，設(shè)計(jì)中通常采用無(wú)感電容或者RCD結(jié)構(gòu)的吸收電路。由于吸收電路設(shè)計(jì)的吸收容量不夠，會(huì)造成IGBT管損壞。為此，可以采用電壓鉗位，往往在集電極和柵極兩端并接齊納二極管，從而保護(hù)IGBT管。