80年代面世的绝缘栅双极性晶体管IGBT是一种新式的电力电子器材，它归纳了GTR和MOSFET的长处，操控便利、开关速度快、作业频率高、安全作业区大。跟着电压、电流等级的不断提高，IGBT成为了大功率开关电源、变频调速和有源滤波器等设备的抱负功率开关器材，在电力电子设备中得到十分广泛的运用。
跟着现代电力电子技能的高频大功率化的开展，开关器材在运用中潜在的问题越来越杰出，开关进程引起的电压、电流过冲，影响到了逆变器的作业功率和作业牢靠性。为处理以上问题，过电流维护、散热及削减线路电感等办法被活跃选用，缓冲电路和软开关技能也得到了广泛的研讨，取得了敏捷的发展。本文对这方面进行了总述。
IGBT的运用领域
IGBT在变频调速器中的运用
SPWM变频调速体系的原理框图如图1所示。主回路为以IGBT为开关元件的电压源型SPWM逆变器的规范拓扑电路，电容由一个整流电路进行充电，操控回路发生的SPWM信号经驱动电路对逆变器的输出波形进行操控;变频器向异步电动机输出相应频率、幅值和相序的三相沟通电压，使之按必定的转速和旋转方向作业。
IGBT在开关电源中的运用
图2为典型的UPS体系框图。它的根本结构是一套将沟通电变为直流电的整流器和充电器以及把直流电再变为沟通电的逆变器。蓄电池在沟通电正常供电时储存能量且坚持正常的充电电压，处于“浮充”状况。一旦供电超出正常的规模或中止时，蓄电池当即对逆变器供电，以确保UPS电源输出沟通电压。
UPS逆变电源中的首要操控对象是逆变器，所运用的操控办法中用得最为广泛的是正弦脉宽调制(SPWM)法。
IGBT在有源滤波器中的运用
并联型有源滤波体系的原理图如图3所示。主电路是以IGBT为开关元件的逆变器，它向体系注入反向的谐波值，理论上能够完全滤除体系中存在的谐波。与变频调速器不同的是，有源滤波器pwm操控信号的调制波是需求补偿的各次谐波的组成波形，为了能准确的反映出调制波的各次谐波成分，有必要大大提高载波的频率。这对开关器材的开关频率也提出了更高的要求。
IGBT运用中的常见问题剖析
明显，IGBT是作为逆变器的开关元件运用到各个别系中的，常用的操控办法是pwm法。理论上和事实上都现已证明，假如把pwm逆变器的开关频率提高到20khz以上，逆变器的噪声会更小，体积会更小，分量会更轻，输出电压波形会愈加正弦化，可见，高频化是逆变技能开展方向。可是一般的pwm逆变器中，开关器材在高电压下导通，在大电流下关断，处于逼迫开关进程，在高开关频率下运转时将遭到如下一系列要素的约束：
(1) 发生擎住效应或动态擎住效应
IGBT为四层结构，使体内存在一个寄生晶闸管，等效电路如图4所示。在npn管的基极与发射极之间存在一个别区短路电rs,p型体区的横向空穴流会发生必定的压降，对j3来说相当于一个正偏置电压。在规则的规模内，这个正偏置电压不大，npn管不会导通。当ic大于必定程度时，该正偏置电压足以使 npn管注册，进而使npn和pnp管处于饱满状况，所以寄生晶闸管注册，栅极失掉操控效果，即擎住效应，它使ic增大，构成过高的功耗，乃至导致器材损坏。温度升高会使得IGBT发生擎住的icm严峻下降。
在IGBT关断的动态进程中，假如dvce/dt越高，则在j2结中引起的位移电流cj2dvce/dt越大，当该电流流过体区短路电阻rs时，可发生足以使npn晶体管注册的正向偏置电压，满意寄生晶闸管注册擎住的条件，构成动态擎住效应。温度升高会加剧IGBT发生动态擎住效应的风险。
(2)过高的di/dt会经过IGBT和缓冲电路之间的线路电感引起开关时的电压过冲
以线路电感lб≠0时电路进行剖析，如图5所示，关断进程中，理性负载电流iб坚持不变，即iб=it+id坚持不变，it从零增大到iб。由于二极管d导通，voe=0,由于it随时刻线性减小，电感lб两头感应电压vl=vbc=lбdit/dt应为负值，
因而，在关断进程一开始，vt当即从零上升到vcem,it在从i0下降至零期间，vt=vcem不变。直到it=0、id=i0今后，vt才下降为电源电压vd,如图5(b)所示。vcem超越vd的数值取决于lб、tfi和负载电流i0,明显过快的电流下降率di/dt(即tfi小)、过大的杂散电感lб或负载电流过大都会引起关断时元件严峻过电压，且伴跟着很大的功耗。
可见，虽然IGBT的快速注册和关断有利于缩短开关时刻和减小开关损耗，但过快的注册和关断，在大电感负载下，反而是有害的，注册时，存在续流二极管反向康复电流和吸收电容器的放电电流，则注册越快，IGBT接受的峰值电流也就越大，乃至急剧上升，导致IGBT或许续流二极管损坏。关断时，大电感负载随IGBT的超速注册和关断，将在电路中发生高频、幅值很高而宽度很窄的尖峰电压ldi/dt,惯例的过电压吸收电路由于遭到二极管注册速度的约束难以吸收该尖峰电压，因而vce猛然上升发生过冲现象，IGBT将接受较高的dvce/dt冲击，有或许构成本身或电路中其它元器材因过电压击穿而损坏。
(3) 在注册和关断瞬间开关器材的状况运转轨道超出反向安全作业区(rbsoa)
反向安全作业区(rbsoa)是由最大集电极电流icm、最大集射极间电压vce和电压上升率dvce/dt三条极限边界线围成的，随IGBT关断时的在加dvce/dt而改动，dvce/dt越高，rbsoa越窄，因而在注册和关断瞬间发生的高dvce/dt将会使开关器材的状况运转轨道更简单超出rbsoa,影响开关牢靠性。
(4) 二极管反向康复时的dv/dt和IGBT关断时的浪涌电压会在开关时发生过流
众所周知，IGBT存在弥勒电容ccg和输入电容cge,IGBT两头的电压过冲会经过ccg耦合栅极，使栅极电压瞬时升高，由于栅极负偏压和输入%&&&&&%cge的存在，这时栅极电压所到达的高度比集电极的过冲要低的多，但它仍是或许超越门槛值而使本应截止的管子导通，因而上下桥臂直通而过电流。
假如由此引起的门极电压足以使管子进入饱满，则已不是直通而是短路了。在集电极电压过冲后的震动衰减进程中这种过流或短路也会接连屡次呈现，试验证明这一现象的确存在。
常用的处理办法
关于以上问题，一般采纳的实用性办法有：选用有用的过流维护电路、选用无感线路、活跃散热、选用吸收电路和软开关技能。
1 选用有用的过流维护驱动电路
在IGBT的运用中，关键是过流维护。IGBT能接受的过流时刻仅为几微秒，这与scr、GTR(几十微秒)等器材比较要小得多，因而对过流维护的要求就更高了。IGBT的过电流维护可分为两种类型，一种是低倍数(1.2~1.5倍)的过载电流维护;
另一种是高倍数(8~10倍)的短路电流维护。关于过载维护可选用瞬时封闭门极脉冲的办法来完成维护。关于短路电流维护，加瞬时封闭门极脉冲会因短路电流下降的di/dt太大，极易在回路杂散电感上感应出很高的集电极电压过冲击穿IGBT,使维护失效。
因而对IGBT而言，牢靠的短路电流维护应具有下列特色：
(1) 首先应软降栅压，以约束短路电流峰值，延伸答应短路时刻，为维护动作赢得时刻;
(2) 维护堵截短路电流应施行软关断
IGBT驱动器exb841、m57962和hl402b均能满意以上要求。但这些驱动器不能完全封闭脉冲，如不采纳办法在毛病不消失状况下会构成每周期软关断维护一次的状况，这样发生的热堆集仍会构成IGBT的损坏。为此可利用驱动器的毛病检测输出端经过光电耦合器来完全封闭门极脉冲，或将作业频率下降至1hz以下，在毛病消失时主动康复至正常作业频率。
如图6所示，IGBT的驱动模块m57962l上自带维护功用，检测电路检测到检测输入端1脚为15v高电平时，判定为电流毛病，当即发动门关断电路，将输出端5脚置低电平，使IGBT截止，一同输出差错信号使毛病输出端8脚为低电平，以驱动外接维护电路作业，延时8~10μs封闭驱动信号，这样能很好地完成过流维护。经1~2ms延时后，假如检测出输入端为高电平，则m57962l复位至初始状况。
2 选用无感线路
由前面的剖析可知，相关于相同的di/dt,假如减小杂散电感lб的数值，相同能够缓减关断进程的dvce/dt.关于功率较大的IGBT设备，线路寄生电感较大，可用两条宽而薄的母排，中心夹一层绝缘材料，彼此紧叠在一同，构成低感母线，也有专门的生产厂家为设备配套制造无感母线。无感母线下降电压过冲的含义不只为了防止过流或短路，还在于减轻吸收电路的担负，简化吸收电路结构，削减吸收电阻功耗，削减逆变器的体积。这也是很令人重视的问题 [7].
3 活跃散热
IGBT在注册进程中，大部分时刻是作为MOSFET来运转的，只是在集射电压vce下降进程后期，pnp晶体管由放大区至饱满区，添加了一段推迟时刻，使vce波形被分为两段。IGBT在关断进程中，MOSFET关断后，pnp晶体管中的存储电荷难以敏捷消除，使集电极电流波形变为两段，构成集电极电流较大的拖尾时刻。明显，注册关断时刻的推迟会添加开关损耗，而且，每注册关断一次损耗就会累加，假如开关频率很高，损耗就会很大，除了下降逆变器的功率以外，
