电子电力技术教程 第4章.ppt

2． 对栅极驱动电路的要求 (1) P-MOSFETR的栅极提供所需要的栅压，以保证P-MOSFET可靠导通。  (2) 减小驱动电路的输入电阻以提高栅极充放电速度，从而提高器件的开关速度。  (3) 实现主电路与控制电路间的电隔离。  (4) 因为P-MOSFET的工作频率和输入阻抗都较高，很容易被干扰，所以栅极驱动电路还应具有较强的抗干扰能力。 理想的栅极控制电压波形如图4-20所示，提高栅极电压上升率duG/dt可缩短开通时间，但过高会使管子在开通时承受过高的电流冲击。正、负栅极电压的幅值UG1、UG2要小于器件规定的允许值。 图4-20 理想的栅极控制电压波形 3． 驱动电路举例 图4-21是一种数控逆变器，两个P-MOSFET的栅极不用任何接口电路直接与数字逻辑驱动电路连接。该驱动电路是由两个与非门与RC组成的振荡电路。当门Ⅰ输入高电平时，电路起振时，在PM1、PM2的栅极分别产生高、低电平，使它们轮流导通，将直流电压变为交流电压，实现逆变。振荡频率由电容与电阻值决定。 图4-21 P-MOSFET逆变器 图4-22所示为直流斩波的驱动电路。斩波电源为UD，由不可控整流器件获得，当管子PM2导通时，负载得电，输出电流Io＞0。当PM2关断时，VD4续流，直到Io＝0，VD4断开， 接着PM3导通。 图 4-22 直流斩波的驱动电路 由图4-22可见，由PM2、PM3组成的驱动电路实际上是推拉式和自举式电路的结合。当输入电压Ui＝0时，PM1、PM3截止，电容C1沿V2和CI3（P-MOSFET栅极输入电容）放电， 驱动PM2导通；当Ui ＞0时， PM1导通，UF≈0，V2截止，电容CI3上的电荷沿VD2、PM1放电，VD2的导通保证了V2可靠截止。PM2关断后，负载电流通过VD4续流，直到Io=0， PM3受正向电压而导通。 4.3.3 P-MOSFET的应用 P-MOSFET在电力变流技术中主要有以下应用：  (1) 在开关稳压调压电源方面，可使用P-MOSFET器件作为主开关功率器件可大幅度提高工作频率，工作频率一般在200～400 kHz。 频率提高可使开关电源的体积减小，重量减轻，成本降低，效率提高。目前，P-MOSFET器件已在数十千瓦的开关电源中使用，正逐步取代GTR。 (2) 将P-MOSFET作为功率变换器件。由于P-MOSFET器件可直接用集成电路的逻辑信号驱动，而且开关速度快，工作频率高，大大改善了变换器的功能， 因而在计算机接口电路中获得了广泛的应用。  (3) 将P-MOSFET作为高频的主功率振荡、放大器件，在高频加热、超声波等设备中使用，具有高效、高频、简单可靠等优点。 4.4 绝缘栅双极型晶体管 4.4.1 IGBT的工作原理 IGBT的结构是在P-MOSFET结构的基础上作了相应的改善， 相当于一个由P-MOSFTET 驱动的厚基区GTR ，其简化等效电路如图4-23 所示，电气符号如图4-24 所示。 IGBT有三个电极， 分别是集电极C、发射极E和栅极G。 在应用电路中，IGBT的C接电源正极，E接电源负极。它的导通和关断由栅极电压来控制。栅极施以正向电压时，P-MOSFET内形成沟道，为PNP型的晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。此时，从P区注入到N区的空穴（少数载流子）对N区进行电导调制，减少N区的电阻，使高耐压的IGBT也具有低的通态压降。在栅极上施以负电压时，P-MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。由此可知，IGBT的导通原理与P-MOSFET相同。 图 4-23 IGBT的简化等效电路 图4-24 IGBT的图形符号 4.4.2 IGBT的特性 IGBT的伏安特性（又称静态输出特性）如图4-25（a）所示， 它反映了在一定的栅—射极电压UGE下器件的输出端电压UCE与电流IC的关系。UGE越高，IC越大。与普通晶体管的伏安特性一样，IGBT的伏安特性分为截止区、有源放大区、饱和区和击穿区。值得注意的是，IGBT的反向电压承受能力很差， 从曲线可知，其反向阻断电压UBM只有几十伏，因此限制了它在需要承受高反压场合的应用。 图 4-25 IGBT的伏安特性和转移特性 (a) 伏安特性； (b) 转移特性 1） 简单的双电源驱动电路 电路如图4-9所示，驱动电路与GTR（V6）直接耦合，控制电路