1、引言 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是兼備雙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、微功率驅動二者優點于一身的新型功率半導體器件。IGBT于20世紀80年代初問世，在90年代獲得長足發展和廣泛應用。這種功率半導體器件在問世之后的相當長的時間內，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600A～1200A/3300V～6500V。由于早期IGBT的開關頻率比較低，限制了其應用范圍。 　　20世紀90年代中期后，由于工藝上的不斷創新，IGBT的開關頻率提高到150kHz以上，其拖尾電流得到控制，關斷時的開關損耗顯著降低，故在開關電源（SMPS）中開始應用，對功率MOSFET構成一定威脅。 　　最近幾年，IGBT又進入消費類電子產品和家用電器，例如變頻空調（驅動模塊用6只15A～50A/600V的IGBT、熒光燈交流電子鎮流器、感應加熱（IH）電飯鍋、IH灶和微波爐等。在IH電飯鍋電源系統的半橋逆變器中，需要使用兩只600V/40A～160A的IGBT。在照相機（攝影機）閃光燈系統中，IGBT也大顯身手。 2、照相機閃光燈電路 　　便攜式照相機（攝影機）閃光燈用于在相對暗淡的區域閃光照明以進行攝影。傳統的閃光燈系統采用可控硅（SCR）控制，控制電路如圖1所示。其工作原理大致為：當控制SCR導通時，在升壓型脈沖變壓器次級邊產生3kV～5kV的高壓脈沖，使氙管內部混合氣體電離而閃光。這種控制方法雖易獲得高強度發光度，但系統效率低，獲得防“紅眼”（Redeye）功能比較困難。采用IGBT控制方法，除發光度不及SCR控制效果外，其它方面都明顯優于SCR控制方法。 2.1采用IGBT的閃光燈控制電路的基本結構 便攜式照相機一般使用3V或6V的電池作為電源，并且日趨采用3V的電池。為使IGBT的柵極驅動電壓達到其門限電壓以上，需要將3V的電池電壓提升到5V以上。同時，為使頻閃放電管（氙管）內部混合氣體電離，需提供約300V的DC高壓，以能夠產生3kV～5kV的觸發脈沖。通常情況下，照相機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 　　照相機頻閃放電管控制系統的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的閃光燈控制系統如圖3所示，μ-COM內置100kHz～150kHz的PWM控制器，高壓（H/V）振蕩器（OSC）產生的脈沖施加到升壓變壓器TI初級開關MOSFET（Q1），在T1次級產生的高壓脈沖經二極管D1整流和電容器C1濾波，產生約300V的DC電壓。μ-COM輸出觸發脈沖，通過Q4和Q5組成的緩沖級來驅動Q6（IGBT）導通。在IGBT導通時，在脈沖變壓器（PIT）次級產生4kV～5kV的觸發信號使氙燈擊穿而閃光。與此同時，μ-COM輸出高壓控制信號施加到Q3基極，使Q3和Q2都導通，氖燈亮。R2和R3電阻分壓器將高壓分壓取樣后饋送至μ-COM，進行高壓檢測。 2.3采用時基電路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的取值設定。PWM占空比是0.45，開關接通時間為RV1/4.5μs，關斷時間是5.5μs，升壓變壓器的初、次級匝數分別為6匝和346匝。 　　電阻器R1與RV1、IC3（KA7545）和Q2等組成高壓檢測電路。當檢測電壓VDET<45V時，IC3輸出低電平；當VDET≥45V時，IC3輸出高電平，使晶體管Q2導通，IC1復位腳（腳4）上的電位被拉低，IC1停止工作。 　　當按下按鈕開關SW1時，Q3導通，通過IC2（KA55）的腳2，觸發IC2工作于單穩壓模式，在腳3輸出驅動脈沖至Q4和Q5緩沖級的基極。腳3輸出脈沖（即氙燈發光時間）由IC2的腳6（7）外部電阻器R12、R2和電容器C8決定。 因此，氙燈發光時間可通過可調電阻器RV2來調節。晶體管Q4與Q5組成的緩沖級電路，用作彌補IGBT柵極驅動能力萬一不足而設置。邏輯電平IGBT（Q6），要求控制電路提供100mA以上的驅動電流。IGBT的電壓和電流及氙（Xe）管觸發信號波形如圖4所示。4kV～5kV的觸發脈沖由脈沖變壓器（P/T）產生。脈沖變壓器升壓比n和輸入電壓VIN（≈300V）共同決定觸發電壓（Vtrig=nVIN）。若觸發脈沖電壓過低，氙燈不會燃點閃光；如果觸發脈沖過高，氙燈電極能夠放電或損壞相關部件。在選擇氙管時，其能量容量應控制在20W·s以下。 3、閃光燈電路用IGBT 　　照相機閃光燈電路需要把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在短時間內導可通過100A左右的大電流，故要求器件的額定電流IC（TC=100℃）達130A。符合這種基本條件的IGBT有很多型號可以選擇，表1列出部分器件的主要參數與封裝。 [align=center]表1 照相機閃光燈系統用的IGBT 　 [/align] [align=center] （a）短周期 （b）長周期圖5IGBT電壓、電流和氙燈觸發電壓波形[/align]