1、引言 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是兼?zhèn)潆p極型晶體管大電流密度、低飽和壓降和MOSFET等場控型器件高速開關(guān)、微功率驅(qū)動(dòng)二者優(yōu)點(diǎn)于一身的新型功率半導(dǎo)體器件。IGBT于20世紀(jì)80年代初問世，在90年代獲得長足發(fā)展和廣泛應(yīng)用。這種功率半導(dǎo)體器件在問世之后的相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，一直扮演著電力電子器件的重要角色。像MV系列高壓IGBT變頻器，IGBT的電流容量/耐壓達(dá)600A～1200A/3300V～6500V。由于早期IGBT的開關(guān)頻率比較低，限制了其應(yīng)用范圍。 　　20世紀(jì)90年代中期后，由于工藝上的不斷創(chuàng)新，IGBT的開關(guān)頻率提高到150kHz以上，其拖尾電流得到控制，關(guān)斷時(shí)的開關(guān)損耗顯著降低，故在開關(guān)電源（SMPS）中開始應(yīng)用，對功率MOSFET構(gòu)成一定威脅。 　　最近幾年，IGBT又進(jìn)入消費(fèi)類電子產(chǎn)品和家用電器，例如變頻空調(diào)（驅(qū)動(dòng)模塊用6只15A～50A/600V的IGBT、熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器、感應(yīng)加熱（IH）電飯鍋、IH灶和微波爐等。在IH電飯鍋電源系統(tǒng)的半橋逆變器中，需要使用兩只600V/40A～160A的IGBT。在照相機(jī)（攝影機(jī)）閃光燈系統(tǒng)中，IGBT也大顯身手。 2、照相機(jī)閃光燈電路 　　便攜式照相機(jī)（攝影機(jī)）閃光燈用于在相對暗淡的區(qū)域閃光照明以進(jìn)行攝影。傳統(tǒng)的閃光燈系統(tǒng)采用可控硅（SCR）控制，控制電路如圖1所示。其工作原理大致為：當(dāng)控制SCR導(dǎo)通時(shí)，在升壓型脈沖變壓器次級(jí)邊產(chǎn)生3kV～5kV的高壓脈沖，使氙管內(nèi)部混合氣體電離而閃光。這種控制方法雖易獲得高強(qiáng)度發(fā)光度，但系統(tǒng)效率低，獲得防“紅眼”（Redeye）功能比較困難。采用IGBT控制方法，除發(fā)光度不及SCR控制效果外，其它方面都明顯優(yōu)于SCR控制方法。 2.1采用IGBT的閃光燈控制電路的基本結(jié)構(gòu) 便攜式照相機(jī)一般使用3V或6V的電池作為電源，并且日趨采用3V的電池。為使IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電壓達(dá)到其門限電壓以上，需要將3V的電池電壓提升到5V以上。同時(shí)，為使頻閃放電管（氙管）內(nèi)部混合氣體電離，需提供約300V的DC高壓，以能夠產(chǎn)生3kV～5kV的觸發(fā)脈沖。通常情況下，照相機(jī)閃光燈電路的組成框圖如圖2所示。 2.2采用微控制器（μCOM）的頻閃控制電路 　　照相機(jī)頻閃放電管控制系統(tǒng)的DC-DC升壓電路可以采用不同的類型，其中之一是使用μ-COM。利用μ-COM的閃光燈控制系統(tǒng)如圖3所示，μ-COM內(nèi)置100kHz～150kHz的PWM控制器，高壓（H/V）振蕩器（OSC）產(chǎn)生的脈沖施加到升壓變壓器TI初級(jí)開關(guān)MOSFET（Q1），在T1次級(jí)產(chǎn)生的高壓脈沖經(jīng)二極管D1整流和電容器C1濾波，產(chǎn)生約300V的DC電壓。μ-COM輸出觸發(fā)脈沖，通過Q4和Q5組成的緩沖級(jí)來驅(qū)動(dòng)Q6（IGBT）導(dǎo)通。在IGBT導(dǎo)通時(shí)，在脈沖變壓器（PIT）次級(jí)產(chǎn)生4kV～5kV的觸發(fā)信號(hào)使氙燈擊穿而閃光。與此同時(shí)，μ-COM輸出高壓控制信號(hào)施加到Q3基極，使Q3和Q2都導(dǎo)通，氖燈亮。R2和R3電阻分壓器將高壓分壓取樣后饋送至μ-COM，進(jìn)行高壓檢測。 2.3采用時(shí)基電路KA555（NC555）的閃光燈電路 IC1（KA555）、Q1、T1、D1和C4等組成DCDC升壓變換器，其作用是將6V電池電壓提升至約300V的DC電壓。升壓變換器的開關(guān)頻率fSW=100kHz，它由IC1VCC腳與腳7之間的電阻器R1、腳7與腳6（2）之間的電阻器R2和腳2與地之間的電容器C1的取值設(shè)定。PWM占空比是0.45，開關(guān)接通時(shí)間為RV1/4.5μs，關(guān)斷時(shí)間是5.5μs，升壓變壓器的初、次級(jí)匝數(shù)分別為6匝和346匝。 　　電阻器R1與RV1、IC3（KA7545）和Q2等組成高壓檢測電路。當(dāng)檢測電壓VDET<45V時(shí)，IC3輸出低電平；當(dāng)VDET≥45V時(shí)，IC3輸出高電平，使晶體管Q2導(dǎo)通，IC1復(fù)位腳（腳4）上的電位被拉低，IC1停止工作。 　　當(dāng)按下按鈕開關(guān)SW1時(shí)，Q3導(dǎo)通，通過IC2（KA55）的腳2，觸發(fā)IC2工作于單穩(wěn)壓模式，在腳3輸出驅(qū)動(dòng)脈沖至Q4和Q5緩沖級(jí)的基極。腳3輸出脈沖（即氙燈發(fā)光時(shí)間）由IC2的腳6（7）外部電阻器R12、R2和電容器C8決定。 因此，氙燈發(fā)光時(shí)間可通過可調(diào)電阻器RV2來調(diào)節(jié)。晶體管Q4與Q5組成的緩沖級(jí)電路，用作彌補(bǔ)IGBT柵極驅(qū)動(dòng)能力萬一不足而設(shè)置。邏輯電平IGBT（Q6），要求控制電路提供100mA以上的驅(qū)動(dòng)電流。IGBT的電壓和電流及氙（Xe）管觸發(fā)信號(hào)波形如圖4所示。4kV～5kV的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器（P/T）產(chǎn)生。脈沖變壓器升壓比n和輸入電壓VIN（≈300V）共同決定觸發(fā)電壓（Vtrig=nVIN）。若觸發(fā)脈沖電壓過低，氙燈不會(huì)燃點(diǎn)閃光；如果觸發(fā)脈沖過高，氙燈電極能夠放電或損壞相關(guān)部件。在選擇氙管時(shí)，其能量容量應(yīng)控制在20W·s以下。 3、閃光燈電路用IGBT 　　照相機(jī)閃光燈電路需要把3V～6V的電池電壓提升到250V～300V，所以IGBT的額定電壓BVCES為400V即可滿足要求。閃光燈電路中的IGBT在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)可通過100A左右的大電流，故要求器件的額定電流IC（TC=100℃）達(dá)130A。符合這種基本條件的IGBT有很多型號(hào)可以選擇，表1列出部分器件的主要參數(shù)與封裝。 [align=center]表1 照相機(jī)閃光燈系統(tǒng)用的IGBT 　 [/align] [align=center] （a）短周期 （b）長周期圖5IGBT電壓、電流和氙燈觸發(fā)電壓波形[/align]