IGBT工作原理

igbt 的工作原理是什麼?

igbt 的等效電路如圖1所示。由圖1可知

知，若在igbt 的柵極和發射極之間加上驅動正電壓，則mosfet 導通，這樣pnp 電晶體的集電極與基極之間成低阻狀態而使得電晶體導通；若igbt 的柵極和發射極之間電壓為0v，則mosfet 截止，切斷pnp 電晶體

基極電流的供給，使得電晶體截止。

由此可知,igbt 的安全可靠與否主要由以下因素決定：

——igbt 柵極與發射極之間的電壓;

——igbt 集電極與發射極之間的電壓;

——流過igbt 集電極－發射極的電流;

——igbt 的結溫。

如果igbt 柵極與發射極之間的電壓，即驅動電壓過低，則igbt 不能穩定正常地工作，如果過高超過柵極－發射極之間的耐壓則igbt 可能永久性損壞；同樣，如果加在igbt 集電極與發射極允許的電壓超過集電極－發射極之間的耐壓，流過igbt 集電極－發射極的電流超過集電極－發射極允許的最大電流,igbt 的結溫超過

其結溫的允許值,igbt 都可能會永久性損壞。

絕緣柵極雙極型電晶體絕緣柵極雙極型電晶體（（igbt ）

igbt的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給pnp電晶體提供基極電流，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的溝道形成後，從p+基極注入到n一層的空穴（少子），對n一層進行電導調製，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為參變數時，漏極電流與柵極電壓之間的關係曲線。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+緩衝區，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入n+緩衝區後，反向關斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了igbt的某些應用範圍。

igbt的轉移特性是指輸出漏極電流id與柵源電壓ugs之間的關係曲線。它與mosfet的轉移特性

相同，當柵源電壓小於開啟電壓ugs(th) 時，igbt處於關斷狀態。在igbt導通後的大部分漏極電流

範圍內，id與ugs呈線性關係。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係。igbt處於導通態時，由於它的pnp晶體

管為寬基區電晶體，所以其b值極低。儘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

式中uj1 —— ji 結的正向電壓，其值為0.7 ～iv ；

udr ——擴充套件電阻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

式中imos ——流過mosfet 的電流。

由於n+區存在電導調製效應，所以igbt的通態壓降小，耐壓1000v 的igbt通態壓降為2～3v 。

igbt處於斷態時，只有很小的洩漏電流存在。

2 ．動態特性igbt在開通過程中，大部分時間是作為mosfet來執行的，只是在漏源電壓uds

下降過程後期，pnp電晶體由放大區至飽和，又增加了一段延遲時間。td(on)為開通延遲時間，tri

為電流上公升時間。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 關斷後，pnp電晶體的儲存電荷難以迅速消除，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)的上公升時間。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 之和又稱為儲存時間。

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