图7 IGBT内部等效电路及图形符号
2.IGBT的技术参数
IGBT的主要技术参数有如下几个：
1）集电极最大允许电流ICM：IGBT在饱和导通状态下，允许持续通过的最大电流。
2）栅极驱动电压UGE：施加在栅极与发射极之间的电压。在变频器应用电路中，使IGBT饱和导通的UGE为12V～20V，而当IGBT截止时，UGE为-15V～-5V。
3）集电极-发射极额定电压UCEX：IGBT的栅极-发射极短路、管子处在截止状态下集电极与发射极之间能承受的最大电压。
4）开通时间与关断时间：电流从10%ICM上升到90%ICM所需要的时间，称作开通时间，用tON表示；电流从90%ICM下降到到10%ICM所需要的时间，称作关断时间，用tOFF表示。ICM是IGBT集电极最大允许电流值。
5）集电极-发射极饱和电压UCES：IGBT在饱和导通状态下，集电极与发射极之间的电压降。
6）漏电流ICEO：IGBT在截止状态下的集电极电流。
3.IGBT的使用注意事项
随着电子技术及计算机控制技术的发展，IGBT正日益广泛地应用于小体积、低噪声、高性能的电源、通用变频器和电机控制、伺服控制、不间断电源（UPS）等场合。IGBT在使用过程中，应注意如下问题：
1）一般IGBT的驱动级正向驱动电压ＵGE应保持在15V～20V，这样可使IGBT的饱和电压较小，损耗降低，避免损坏管子。
2)关断IGBT的栅极驱动电压-ＵGE应大于5V，若这个负电压值太小，集电极电压变化率du/dt可能使管子误导通或不能关断。
3)栅极和驱动信号之间应加一个栅极驱动电阻RG，该电阻的阻值与管子的额定电流有关，可以在IGBT使用手册中查到。如果不加这个电阻，管子导通瞬间，可能产生电流和电压颤动，增加开关损耗。
4)设备短路时，IC电流会急剧增加，使ＵGE产生一个尖脉冲，这个尖脉冲会进一步增加IC电流，形成正反馈。为了保护管子，可在栅极—发射极间加一个稳压二极管，钳制G-E电压突然上升。当驱动电压为15V时，稳压管的稳压值可以为16V。
二、变频器中的模块逆变电路
在变频器中，由IGBT以及相应的驱动控制、保护电路构成完整的逆变电路，实现将直流电逆变为交流电的功能。逆变电路可以由分立元器件或具有各种功能的模块电路构成。随着技术的发展和进步，分立元器件构成的逆变电路已经退出历史舞台。
1.IGBT模块
在变频器的应用电路中，通常在IGBT的旁边反向并联一个二极管，而且经常做成模块形式，图8所示就是各种结构的IGBT模块。
图8 几种结构的IGBT模块
2.EXB系列IGBT驱动模块及其应用
富士EXB系列IGBT驱动模块是目前国内市场应用较多的驱动模块，该系列中一款驱动模块与IGBT的连接电路如图1-11所示，图中方框内的电路就是EXB驱动模块，方框边线上的数字是模块的引脚编号。模块的2脚和9脚是20V的工作电源，2脚为正；3脚是模块的驱动输出端，在模块内连接由晶体管V1、V2组成的推挽电路的中点，对外经栅极电阻RG连接IGBT的栅极；在2脚和9脚之间，电阻R1和稳压管VS稳压一个5V电压，经模块1脚与IGBT管的发射极连接；模块的6脚与IGBT管的集电极连接，用于进行过电流保护。
CPU的控制信号从15脚和14脚输入。当15脚和14脚之间有输入信号时，该输入信号经隔离、放大器A放大，在a点形成高电位，使V1导通，V2截止，此时2脚的20V电压经V1、3脚、RG连接到IGBT的栅极G，使栅极G的电位为20V，而发射极E与1脚的5V连接，所以IGBT的栅极与发射极之间电压UGE= 20V-5V= 15V，IGBT饱和导通。
当15脚和14脚之间的输入信号为0时，a点为低电位，此时V1截止，V2导通，模块的3脚经V2与9脚的0V连接，这时的情况相当于IGBT的栅极为0V，发射极为5V，因此UGE=-5V。IGBT截止。
以上过程实现了驱动模块对IGBT的驱动控制。
3.IGBT的栅极电阻RG
在图9中，IGBT的栅极接有一个电阻RG，这个电阻的选择非常重要，这是因为IGBT管的栅极G和发射极E之间存在着寄生的结电容CGE，这个电容的充放电将影响到IGBT的工作。RG阻值大，将延长IGBT的开通和关断时间；RG阻值太小，IGBT关断太快，将使IGBT的C、E极电压迅速从饱和导通状态时的低于3V上升到约为500V以上，这将通过集电极和栅极之间的结电容UCG产生反馈电流iCG，对IGBT的关断起到阻碍作用，甚至发生误导通。因此，栅极电阻RG的连接是必须的，不可缺少的。
图9 富士EXB系列驱动模块与IGBT的连接电路
栅极电阻的大小应严格按照IGBT的说明书选取。
4.驱动模块输出信号的放大
IGBT是电压控制型器件，其栅极与发射极之间的输入阻抗很大，吸收信号源的电流和消耗的驱动功率也很小，但由于栅极G与发射极E之间存在着结电容CGE，在驱动信号作用下，也会吸收电流。容量越大的IGBT，CGE也越大，吸收的电流也越大，而驱动模块输出电流有时不足20mA，甚至只有几mA，所以对于在大容量变频器中使用的IGBT，驱动模块输出的驱动信号需要进行放大，如图10所示。
图10 驱动模块输出驱动信号的放大电路
在图10中，驱动模块输出端3脚与IGBT栅极之间接入了由V3和V4组成的推挽放大电路，将驱动信号进行再次放大，从而满足大容量IGBT的驱动需求。
5.智能电力模块IPM
智能电力模块IPM是电力集成电路的一种，有时也称作智能电力集成电路SPIC。
电力电子器件和配套的控制电路，过去都是分立元器件的电路装置，而今随着半导体技术及其相应工艺技术的成熟，已经可以将电力电子器件及其配套的控制电路集成在一个芯片上，形成所谓的电力集成电路。这种电路能集成电力电子器件、有源或无源器件、完整的控制电路、检测与保护电路，由于它结构紧凑、集成化程度高，从而避免了分布参数、保护延迟等一系列技术问题。
下面介绍变频器中较常用的以IGBT为主开关器件的IPM。目前几十千瓦以下的变频器已经开始采用这种集成度高、功能强大的器件IPM。富士公司R系列IPM的型号含义如图11所示。
