IGBT的工作原理和工作特性

IGBT 的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP 晶體管提供基極電流，使 IGBT 導通。反之，加反向門極電壓消除溝道，流過反向基極電流，使 IGBT 關斷。 IGBT的驅動方法和 MOSFET 基本相同，只需控制輸入極 N 一溝道 MOSFET ，所以具有高輸入阻抗特性。

當 MOSFET 的溝道形成后，從 P 基極注入到 N 一層的空穴（少子），對 N 一層進行電導調制，減小 N 一層的電阻，使IGBT 在高電壓時，也具有低的通態電壓。

IGBT 的工作特性包括靜態和動態兩類：

1 ．靜態特性 IGBT 的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性和開關特性。

IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓 Ugs 為參變量時，漏極電流與柵極電壓之間的關系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓 Ugs 的控制， Ugs 越高， Id 越大。它與 GTR 的輸出特性相似．也可分為飽和區 1 、放大區 2 和擊穿特性 3部分。在截止狀態下的 IGBT ，正向電壓由 J2 結承擔，反向電壓由 J1 結承擔。如果無 N 緩沖區，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入 N 緩沖區后，反向關斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些應用范圍。

IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流 Id 與柵源電壓 Ugs 之間的關系曲線。它與 MOSFET的轉移特性相同，當柵源電壓小于開啟電壓 Ugs(th) 時， IGBT 處于關斷狀態。在 IGBT 導通后的大部分漏極電流范圍內，Id 與 Ugs 呈線性關系。*高柵源電壓受*大漏極電流限制，其*佳值一般取為 15V 左右。

IGBT 的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。 IGBT 處于導通態時，由于它的 PNP 晶體管為寬基區晶體管，所以其 B值極低。盡管等效電路為達林頓結構，但流過 MOSFET 的電流成為 IGBT 總電流的主要部分。此時，通態電壓 Uds(on)可用下式表示

Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh （ 2 － 14 ）

式中 Uj1 —— JI 結的正向電壓，其值為 0.7 ～ IV ；

Udr ——擴展電阻 Rdr 上的壓降；

Roh ——溝道電阻。

通態電流 Ids 可用下式表示：

Ids=(1 Bpnp)Imos (2 － 15 ）

式中 Imos ——流過 MOSFET 的電流。

由于 N 區存在電導調制效應，所以 IGBT 的通態壓降小，耐壓 1000V 的 IGBT 通態壓降為 2 ～ 3V 。

IGBT 處于斷態時，只有很小的泄漏電流存在。

2 ．動態特性 IGBT 在開通過程中，大部分時間是作為 MOSFET 來運行的，只是在漏源電壓 Uds 下降過程后期， PNP晶體管由放大區至飽和，又增加了一段延遲時間。 td(on) 為開通延遲時間， tri為電流上升時間。實際應用中常給出的漏極電流開通時間 ton 即為 td (on) tri 之和。漏源電壓的下降時間由 tfe1 和tfe2 組成，如圖 2 － 58 所示

IGBT 在關斷過程中，漏極電流的波形變為兩段。因為 MOSFET 關斷后， PNP晶體管的存儲電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長的尾部時間， td(off) 為關斷延遲時間， trv 為電壓 Uds(f)的上升時間。實際應用中常常給出的漏極電流的下降時間 Tf 由圖 2 － 59 中的 t(f1) 和 t(f2)兩段組成，而漏極電流的關斷時間

t(off)=td(off) trv 十 t(f) （ 2 － 16 ）

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