#技术风云榜# IGBT基础知识及应用

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1GBT基本原理及特性

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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基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。
9 j3 O( }1 D" N  g. S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一层进行电导调制，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 @6 S" y( o& p* T+ Z- V1﹒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为参变里时，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部分。在截止状态下的IGBT﹐正向电压由2结承担，反向电压由]1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样
水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，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―般取为15V左右。
8 Z& X! z) c0 y6 `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的电流成为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——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)Imos
) g% ]8 K. \" y# B2 T式中Imos —一流过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2~3V。
$ O6 N2 c- P9 _; a) n( l5 z3 wIGBT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MOSFET来运行的，只是在痛源电压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。实际应用中常常给出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)( 2 - 16 )
8 q+ ]4 p! d$ i6 a0 K. h- q( Y式中，tdloff）与trv之和又称为存储时间。
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IGBT的工作特性包括静态和动态