Simulink之绝缘栅双极型晶体管（IGBT）

IGBT由P-MOSFET和GTR混合组成的电压控制型自关断器件。它将P-MOSFET和GTR的优点集于一身，既具有P-MOSFET输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、热稳定性好、驱动电路简单的长处，又有GTR通态电压降低、耐高压和承受电流大的优点。

电气符号

外形

原理

当Uce<0时，IGBT呈反向阻断状态。

当Uce>0时，若UgeUt（开启电压），IGBT导通。

特性

I区：可调电阻区，Uce增大，Ic增大。

II区：恒流饱和区，对于一定的Uge，Ic不再随Uce变化。

III区：雪崩区

UgeUt，IGBT导通，且除靠近Ut这一小段，Ic和Uge呈线性关系。

主要参数

集射极击穿电压BUces：IGBT的最高工作电压。

开启电压Ut和最大栅射极电压BUges：Ut是导通所需的最低栅射极电压，一般在2~6V。BUges限制在±20V以内，最佳值在15V左右。

通态压降Uce：导通状态时集射极间的导通压降，值越小管子功耗越小，一般为2.5~3.5V。

集电极连续电流Ic和峰值电流Icp：集电极允许流过的最大连续电流Ic的额定电流；最大集电极峰值Icp，为额定电流Ic的2倍左右。

栅极驱动

1.驱动脉冲的上升沿和下降沿要陡：上升沿可使IGBT快速开通，减小开通损耗；下降沿陡，并在栅射极间加一适当的反向偏压，有助于IGBT快速关断，减少关断损耗。

2.驱动功率足够大：IGBT开通后，栅极驱动源应能提供足够的功率及电压、电流幅值，使IGBT总处于饱和状态，不因退出饱和而损坏。

3.合适的负偏压：为缩短关断过程中的时间，需施加负偏压-Uge，同时还可防止关断瞬间因电压上升率过高造成误导通，并提高抗干扰能力。反偏压-Uge一般取-2~-10V。

4.合理的栅极电阻Rg：在开关损耗不太大的情况下，应选择较大的Rg。Rg的范围为1~400Ω。

5.IGBT多用于高压场合，故驱动电路与整个控制电路应严格隔离。

保护

1.通过检测出的过电流信号切断栅极控制信号，实现过电流保护

2.利用缓冲电路抑制过电压并限制电压上升率

3.利用温度传感器检测IGBT的壳温，当超过允许温度时主电路跳闸，实现过热保护

4.静电保护

5.短路保护

仿真模型

路径

电路模型

输入输出

c：集电极    e：发射极    g：栅极    m：测量电流和电压[Iak， Vak]

参数

Ron：IGBT内电阻。当内电感设为0时，内电阻不能设为0。

Lon：IGBT内电感。当内电阻设为0时，内电感不能为0。

Vf：IGBT的正向管压降。

Ic：IGBT初始电流。设为非零时，表示从导通开始。

Rs：IGBT缓冲电阻（和缓冲电容串联，与二极管并联）。Rs为0，纯电容。

Cs：IGBT缓冲电容（和缓冲电容串联，与二极管并联）。Cs为inf，纯电阻。Rs为inf，Cs为0，消除缓冲。

Tf：IGBT电流下降到10%的时间。

Tt：IGBT电流拖尾时间。