IGBT工作原理及在PSM中波发射机中的应用

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翻新时间：2023-02-01

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IGBT工作原理及在PSM中波发射机中的应用

摘要本文分析了IGBT（绝缘门双极晶体管）的构成及工作原理，结合工作实际，介绍其在PSM发射机中的运用和常见故障的分析。

关键词 IGBT；PSM；保护管；开关管；故障

1 IGBT结构组成

IGBT是绝缘门双极晶体管（即Insulated Gates Bipolar Transistor）的简称，由MOSFET场效应晶体管和BJT双极型晶体管复合而成，其输入级为MOSFET，输出级为PNP型大功率三极管，既具有MOSFET管通、断速度快、输入阻抗高和驱动电路简单等优点，又具有双极型晶体管电流容量大、阻断电压高和通态电压低的优点，因此在电力电子技术中得到广泛的应用。

如图1所示，以N沟道增强型绝缘栅双极晶体管为例进行介绍，区为源区，对应电极为源极（发射极E）。区为漏区。控制区为栅区，对应电极为栅极（门极G）。在漏、源两极之间的P型区（包括和区）称为亚沟道区。漏区另一侧的区我们称为漏注入区，它在IGBT中是特有的功能区，与亚沟道区和漏区一同形成PNP双极晶体管，其作用等同于发射极，向漏极发射空穴，进行调制，达到降低器件的通态电压目的。漏极注入区对应的电极为漏极（即集电极C）。

2 IGBT工作原理

IGBT管与MOSFET一样也是电压控制型器件，通断是通过栅-射极电压来实现的。当在栅-射极间加上正电压时，MOSFET内就会形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。与此同时，从区注入到区的空穴对区进行电导调制，区的电阻减小，使IGBT也具有低的通态压降的功能。当在栅-射极间加上负电压时，MOSFET内的沟道则会快速消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT就关断了。

3 IGBT在PSM中波发射机上的应用

我台有两部PSM中波发射机，功率模块和帘栅模块均使用了IGBT，它是实现功率模块循环通断的关键环节。可以简单把IGBT看成由两个受控开关串联而成，靠近电源的开关叫做保护管（AC管），靠近输出端的开关叫做开关管（DC管）。我们通过音频信号的变化来控制IGBT的导通与关断，从而控制48级功率模块的串联总输出，这样使得阳极的直流电压随着音频信号的变化而变化，从而实现调幅。

开关管控制原理：如图4所示，当某个PSM开关的合闸信号通过光缆传送到对应的光电管时，受光导通后输出低电平，输入到与非门中，它与的另一端高电平信号相“与”后倒相，这样输出高电平信号。该高电平信号输入到的一端，的另一端信号受过载镍丝保护电路控制，在保护电路不起作用时是高电平信号，所以输出为低电平信号。低电平信号经非门变为高电平，而后输入到开关管，并触发门极使导通。反之，当PSM开关接到拉闸信号时，由于没有光输入到中，此时对应的开关管门极输入信号变成低电平，相对应的PSM开关将被拉开。当功率模块上负载电流过大，达到动作值时，过载镍丝电阻保护电路就会起到保护作用，它使光电耦合器饱和导电，这样集电极的高电平信号变为低电平信号，并输入到定时器-8，其输出端-9则输出高电平信号，经三级非门翻转变为低电平信号，就关断了对应的开关管，保护功率模块，防止发生过载事故。

保护管控制原理：保护管的控制电路信号如图四所示。其中、和组成同步检测保护电路。正常工作时，AC管一直锁定在导通状态，DC管则处在开关工作状态。当功率模块出现故障时，保护电路能够将其对应的IGBT关断，发出停用信号，使该模块退出循环并置于自然停用状态。

PSM功率模块之所以选用IGBT，是因为它可以在3～5内迅速将负载与电源切断，达到“速断”的要求，这样当负载发生通地或对地打火时，就可以快速切断负载，有效保护设备，防止重大事故的发生。

4 IGBT在PSM模块中的故障分析

当发生第一种情况时，同步电路可以正常将保护管关断，此时状态板上相对应的指示灯熄灭，我们可以以此进行初步判断，然后再用万用表进行测量来判断其

好坏。

当发生第二种情况时，发射机工作状态与正常时完全一样，我们无法通过观察发现，只能在日常的检修维护中测量发现。

5 结论

IGBT由于具有快速通断、电流容量大等特性，在PSM功率模块中广泛应用，但是由于PSM中波发射机密闭性不好，导致IGBT经常附着灰尘，容易被击穿，因此在日常维护中，要注意定期清洁检测，确保性能稳定。

参考文献

[1]魏瑞发，陈锡安.脉阶调制设备.

[2]李宏.MOSFET、IGBT驱动集成电路及应用.