IGBT的工作原理和工作特性.pdf

IGBT 的工作原理和工作特性 IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的工作原理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 基本相同，只需控制输入极 N沟道 MOSFET 所以具有高输入阻抗特性。当 MOSFET 勺沟道形成后，从 P+基极注入到 N-层的空穴（少子），对 N-层进行电导调制，减小 N-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。输岀漏极电流比受栅源电压 Ugs 的控制，Ugs 越高，Id 越大。它与 GTR 的输岀特性相似，也可以分为饱和区、放大区和击穿特性部分。 IGBT 的转移特性是指输岀漏极电流 Id 与栅源电压 Ugs 之间的关系曲线。它与 MOSFET 勺转移特性相同，当栅源电压小于开启电压 Ugs(th)时，IGBT 处于关断状态。在 IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内，Id 与 Ugs 呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为 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结构，但流过 MOSFET 勺电流成为 IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压 Uds(on) 可用下式表示： Uds(on) = Uj1 + Udr + IdRoh 式中 Uj1 ――JI 结的正向电压，其值为 0.7〜IV ; 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)lmos 式中 Imos——流过MOSFE 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 2〜3V。IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。 2. 动态特性 IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为 MOSFE 运行的，只是在漏源电压 Uds 下降过程后期，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。实际应用中常给岀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 2— 58 所示。 IGBT 在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为 MOSFET 关断后，PNP 晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成 漏极电流较长的尾部时间，td(off) 为关断延迟时间，trv 为电压Uds(f) 的上升时间。实际应用中常常给岀的漏极电流的下降时间 Tf 由图2 - 59 中的t(f1) 和t(f2) 两段组成，而漏极电流的关断时间 t(off)=td(off)+trv + t(f)。