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電晶體為寬基區電晶體，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 （2－14）

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 (2－15）

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 + t(f) （ 2－16 ）

式中， td(off) 與 trv 之和又稱為儲存時間。

igbt模組工作原理及其注意事項