論IGBT 的工作原理和工作特性!!!137-1401 2508

      
    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.最高柵源電壓受最大漏極電流限    制,其最佳值一般取為   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 )
式中, td(off) 與 trv 之和又稱為存儲時間.


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