一种基于IGBT实现控制的方法与流程

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种基于igbt实现控制的方法。

背景技术：

igbt(insulatedgatebipolartransistor,绝缘栅双极型晶体管)是80年代中期问世的一种复合型电力电子器件，从结构上说，相当于一个由mosfet(metal0xidesemiconductorfieldeffecttransistor,金属-氧化物-半导体场效晶体管)驱动的厚基区的bjt(bipolarjunctiontransistor,双极结型晶体管)，igbt既有mosfet的快速响应、高输入阻抗、热稳定性好.驱动电路简单的特性,也具备bjt的电流密度高、通态压降低,耐压高的特性,被广泛应用于电力电子设备中。

基于igbt的控制方法是由igbt(绝缘栅双极型晶体管芯片)与fwd(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的基于igbt的控制方法直接应用于变频器、ups不间断电源等设备上；

但是现有的igbt的无法及时检测控制电流通过何时向栅极电压形成沟道，给pnp(原来为npn)晶体管提供基极电流，使igbt导通，何时向门极电压消除沟道，切断基极电流，因此，容易造成igbt内元件受损。

技术实现要素：

本发明提供一种基于igbt实现控制的方法，现有的igbt的无法及时检测控制电流通过何时向栅极电压形成沟道，给pnp晶体管提供基极电流，使igbt导通，何时向门极电压消除沟道，切断基极电流，因此，容易造成igbt内元件受损的问题。

上述技术目的是通过以下技术方案实现的，一种基于igbt的控制方法，包括dsp控制器、绝缘栅双极型晶体管芯片、续流二极管芯片以及电流检测器；

所述dsp控制器耦接在所述电流检测器上，用于接收电流检测器检测的电流信号与控制信号；

所述绝缘栅双极型晶体管芯片的一端还耦接有变频器，所述流二极管芯片一端还耦接有不间断电源；

当igbt处于通电状态时，dsp控制器处于关闭状态时，形成n沟道绝缘栅双极型晶体管，为n+区，即漏区，并且附在相应的电机上，为发射极e，在n沟道绝缘栅双极型晶体管下方的控制器形成栅极g，并在栅极区边界形成沟道，用于给pnp(原来为npn)晶体管提供基极电流，使igbt导通；

在栅极区边界的沟道出连接有检测电流是否过高的电流检测器；

电流检测器有电机+n极与-n极，+n极耦接与绝缘栅双极型晶体管芯片，-n极耦接与流二极管芯片，检测流过绝缘栅双极型晶体管芯片与续流二极管芯片的电流值。

进一步的，

所述还包括集电极c，所述集电极c与发射极e之间形成p型区；

所述p型区包括p+和p-区，在p+和p-区形成亚沟道区，在漏区另一侧的p+区为漏注入区，与漏区和亚沟道区一起形成pnp双极晶体管，用于发射极，向漏极注入空穴，进行导电调制，降低器件的通态电压。

进一步的，

所述绝缘栅双极型晶体管芯片通过+n极的电流过大则反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使igbt关断；

其输出漏极电流比受栅源电压ugs的控制，ugs越高，id越大。

进一步的，

所述漏极电流与漏源电压之间的关系，igbt处于导通态时，由于它的pnp晶体管为宽基区晶体管，所以其b值极低；

流过mosfet的电流成为igbt总电流的主要部分；

通态电压uds(on)可用下式表示：

uds(on)＝uj1+udr+idroh

式中uj1——ji结的正向电压，其值为0.7～1v；udr——扩展电阻rdr上的压降；roh——沟道电阻，id---输出漏极电流。

进一步的，

则通态电流ids可用下式表示：

ids＝(1+bpnp)imos

式中imos——流过mosfet的电流；

bpnp---是表示通态电压；

由于n+区存在电导调制效应，igbt的通态压降小，耐压1000v的igbt通态压降为2～3v；

igbt处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。

进一步的，

所述igbt的触发和关断需给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。

进一步的，

所述gbt在关断时，漏极电流的波形变为两段；

mosfet关断后，pnp晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，td(off)为关断延迟时间，trv为电压uds(f)的上升时间。

进一步的，

所述igbt在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。

本发明的有益效果：通过设置电流检测器，可以对流过绝缘栅双极型晶体管芯片与续流二极管芯片的电流值，进而可以控制电流通过向栅极电压形成沟道，给pnp(原来为npn)晶体管提供基极电流，使igbt导通，向门极电压消除沟道，切断基极电流，进而避免gbt内元件受损。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实施例的一种基于igbt模块的结构示意图；

图中：1、外壳；101、防水层；2、底板；3、dcb板；4、热脂；5、焊料；51、igbt芯片；6、集电路板；7、栅电极板；8、第一检测器；9、第二检测器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，

如图1所示，一种基于igbt的控制方法，包括dsp控制器、绝缘栅双极型晶体管芯片、续流二极管芯片以及电流检测器；

dsp控制器耦接在电流检测器上，用于接收电流检测器检测的电流信号与控制信号；

绝缘栅双极型晶体管芯片的一端还耦接有变频器，流二极管芯片一端还耦接有不间断电源；

当igbt处于通电状态时，dsp控制器处于关闭状态时，形成n沟道绝缘栅双极型晶体管，为n+区，即漏区，并且附在相应的电机上，为发射极e，在n沟道绝缘栅双极型晶体管下方的控制器形成栅极g，并在栅极区边界形成沟道，用于给pnp(原来为npn)晶体管提供基极电流，使igbt导通；

在栅极区边界的沟道出连接有检测电流是否过高的电流检测器；

电流检测器有电机+n极与-n极，+n极耦接与绝缘栅双极型晶体管芯片，-n极耦接与流二极管芯片，检测流过绝缘栅双极型晶体管芯片与续流二极管芯片的电流值。

实施例2，

如图1所示，一种基于igbt实现控制的方法，包括dsp控制器、绝缘栅双极型晶体管芯片、续流二极管芯片以及电流检测器；

dsp控制器耦接在电流检测器上，用于接收电流检测器检测的电流信号与控制信号；

绝缘栅双极型晶体管芯片的一端还耦接有变频器，流二极管芯片一端还耦接有不间断电源等；

当igbt处于通电状态时，dsp控制器处于关闭状态时，形成n沟道绝缘栅双极型晶体管，为n+区，即漏区，并且附在相应的电机上，为发射极e，在n沟道绝缘栅双极型晶体管下方的控制器形成栅极g，并在栅极区边界形成沟道，用于给pnp(原来为npn)晶体管提供基极电流，使igbt导通；

在栅极区边界的沟道出连接有检测电流是否过高的电流检测器；

电流检测器有电机+n极与-n极，+n极耦接与绝缘栅双极型晶体管芯片，-n极耦接与流二极管芯片，检测流过绝缘栅双极型晶体管芯片与续流二极管芯片的电流值。

还包括集电极c，集电极c与发射极e之间形成p型区；

p型区包括p+和p-区，在p+和p-区形成亚沟道区，在漏区另一侧的p+区为漏注入区，与漏区和亚沟道区一起形成pnp双极晶体管，用于发射极，向漏极注入空穴，进行导电调制，降低器件的通态电压。

绝缘栅双极型晶体管芯片通过+n极的电流过大则反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使igbt关断；

其输出漏极电流比受栅源电压ugs的控制，ugs越高，id越大。

实施例3，

如图1所示，一种基于igbt的控制方法，包括dsp控制器、绝缘栅双极型晶体管芯片、续流二极管芯片以及电流检测器；

dsp控制器耦接在电流检测器上，用于接收电流检测器检测的电流信号与控制信号；

绝缘栅双极型晶体管芯片的一端还耦接有变频器，流二极管芯片一端还耦接有不间断电源等；

当igbt处于通电状态时，dsp控制器处于关闭状态时，形成n沟道绝缘栅双极型晶体管，为n+区，即漏区，并且附在相应的电机上，为发射极e，在n沟道绝缘栅双极型晶体管下方的控制器形成栅极g，并在栅极区边界形成沟道，用于给pnp(原来为npn)晶体管提供基极电流，使igbt导通；

在栅极区边界的沟道出连接有检测电流是否过高的电流检测器；

电流检测器有电机+n极与-n极，+n极耦接与绝缘栅双极型晶体管芯片，-n极耦接与流二极管芯片，检测流过绝缘栅双极型晶体管芯片与续流二极管芯片的电流值。

还包括集电极c，集电极c与发射极e之间形成p型区；

p型区包括p+和p-区，在p+和p-区形成亚沟道区，在漏区另一侧的p+区为漏注入区，与漏区和亚沟道区一起形成pnp双极晶体管，用于发射极，向漏极注入空穴，进行导电调制，降低器件的通态电压。

绝缘栅双极型晶体管芯片通过+n极的电流过大则反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使igbt关断；

其输出漏极电流比受栅源电压ugs的控制，ugs越高，id越大。

漏极电流与漏源电压之间的关系，igbt处于导通态时，由于它的pnp晶体管为宽基区晶体管，所以其b值极低；

流过mosfet的电流成为igbt总电流的主要部分；

通态电压uds(on)可用下式表示：

uds(on)＝uj1+udr+idroh

式中uj1——ji结的正向电压，其值为0.7～1v；udr——扩展电阻rdr上的压降；roh——沟道电阻，id---输出漏极电流。

则通态电流ids可用下式表示：

ids＝(1+bpnp)imos

式中imos——流过mosfet的电流；

bpnp---是表示通态电压；

由于n+区存在电导调制效应，igbt的通态压降小，耐压1000v的igbt通态压降为2～3v；

igbt处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。

igbt的触发和关断需给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。

gbt在关断时，漏极电流的波形变为两段；

mosfet关断后，pnp晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，td(off)为关断延迟时间，trv为电压uds(f)的上升时间。

igbt在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。

动态特性

igbt在开通过程中，大部分时间是作为mosfet来运行的，只是在漏源电压uds下降过程后期，pnp晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间，td(on)为开通延迟时间，tri为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton即为td(on)tri之和。漏源电压的下降时间由tfe1和tfe2组成。

igbt的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生，当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况，因为igbt栅极-发射极阻抗大，故可使用mosfet驱动技术进行触发，不过由于igbt的输入电容较mosfet为大，故igbt的关断偏压应该比许多mosfet驱动电路提供的偏压更高。

igbt在关断过程中，漏极电流的波形变为两段，因为mosfet关断后，pnp晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，td(off)为关断延迟时间，trv为电压uds(f)的上升时间，实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间tf的t(f1)和t(f2)两段组成，而漏极电流的关断时间

t(off)＝td(off)+trv+t(f)

式中，td(off)与trv之和又称为存储时间。

igbt的开关速度低于mosfet，但明显高于gtr，igbt在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加，igbt的开启电压约3～4v，和mosfet相当，igbt导通时的饱和压降比mosfet低而和gtr接近，饱和压降随栅极电压的增加而降低。

综上所述，本发明的有益效果：通过设置电流检测器，可以对流过绝缘栅双极型晶体管芯片与续流二极管芯片的电流值，进而可以控制电流通过向栅极电压形成沟道，给pnp(原来为npn)晶体管提供基极电流，使igbt导通，向门极电压消除沟道，切断基极电流，进而避免gbt内元件受损。

另外，以上对本发明实施例所提供的基于igbt实现控制的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。