IGBT 的工作原理和工作特性.docx

IGBT的工作原理和工作特性IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET根本一样，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴少子，对N一层进展电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。IGBT的工作特性包括静态和动态两类：1静态特性:IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与GTR的输出特性相似也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3局部。在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承当，反向电压由J1结承当。假如无N+缓冲区，那么正反向阻断电压可以做到同样程度，参加N+缓冲区后，反向关断电压只能到达几十伏程度，因此限制了IGBT的某些应用范围。IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性一样，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大局部漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最正确值一般取为15V左右。IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿构造，但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要局部。此时，通态电压Uds(on)可用下式表示Uds(on)Uj1UdrIdRoh式中Uj1JI结的正向电压，其值为0.7IV；Udr扩展电阻Rdr上的压降；Roh沟道电阻。通态电流Ids可用下式表示：Ids=(1+Bpnp)Imos式中Imos流过MOSFET的电流。由于N+区存在电导调制效应，所以IGBT的通态压降小，耐压1000V的IGBT通态压降为23V。IGBT处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。2动态特性IGBT在开通经过中，大局部时间是作为MOSFET来运行的，只是在漏源电压Uds下降经过后期，PNP晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on)为开通延迟时间，tri为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton即为td(on)tri之和。漏源电压的下降时间由tfe1和tfe2组成，如图258所示