IGBT短路特性

1、器件結構參數：

2、短路特性：

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工作原理:

IGBT是雙極型三極管和MOS管結合在一起的產物，雙極型三極管具有低頻（10KHz以下）大電流能力，MOSFET具有高頻（100KHz以上）小電流特點。IGBT兼有兩種器件的優(yōu)點，電壓控制驅動，通流能力強，頻率最高可使用到100KHz，是中頻段理想的功率器件。

開通過程簡述：

a)階段1(0—t1)：在此階段，柵極電流開始對柵電容CGE充電，但是VGE

b)階段2(tl—t2)：在t1時刻，VGE>Vth，溝道開啟，電子開始通過溝道注入到基區(qū)，同時背面的集電極開始向基區(qū)內注入空穴，集電極開始產生電流IC，此時IC

c)階段3(t2—t3)：在t2時刻，IC=IL，流過續(xù)流二極管的電流降低至0，二極管內部載流子開始復合。

d)階段4(t3—t4)：續(xù)流二極管內部載流子已經完成復合，續(xù)流二極管兩端電壓開始上升，這導致IGBT兩端的電壓下降和柵極集電極電容CGC放電。此時IGBT電流Ic形成過沖，過沖的大小與CGC大小有密切關系，CGC越大，IC過沖越大。

e)階段5(t4—t5)：在t4時刻，VGE將調整以適應IC的過沖，在t5時刻，二極管反向恢復完成，VGE將會略微下降，使IGBT可以承受負載電流IL。在此階段，柵極發(fā)射極電壓VGE保持恒定，柵極電流流入至柵極集電極電容CGC，集電極發(fā)射極兩端電壓隨著CGC放電而下降。

f)階段6(t6—t7)：在t6時刻，VCE下降到使IGBT進入飽和狀態(tài)，柵極反射極電壓增加以維持IL，當VCE衰減穩(wěn)定后，穩(wěn)定值即為飽和導通壓降VCE(sat)，到此開通過程完全結束。

關斷過程簡述：

a)階段1(0—t1)，在t=0時刻，開關S動作，lGBT開始關斷，柵極通過RG開始放電，VGE下降。這導致通過溝道注入到基區(qū)的電子數量變少，但是由于感性負載的存在，通過抽取N基區(qū)中多余的電子和空穴來抑制IC的減小。

b)階段2(tl—t3)在t1時刻，基區(qū)內剩余電荷降為0，耗盡區(qū)開始形成。在VCE較小時，柵壓維持在VGP(VGP的大小與柵極電阻RG成正比)，當VCE超過一定限度時，柵壓開始下降。

c)階段3(t3—t6)在t3時刻，VCE達到電路外加電壓VDC，耗盡區(qū)不再展寬，此時集電極電路IC迅速下降，由于IC的下降在負載電感上感生一個負電壓，此時VCE過沖到最大值，感生電壓使續(xù)流回路導通，負載電流轉移到續(xù)流回路。IGBT關斷完成。

在IGBT開關過程中通常用開通延遲td(on)、關斷延遲td(off)、上升時間tr和下降時間tf來進行描述。圖6是IGBT整個開關過程的波形。

在實際IGBT應用中，開通階段損耗較小，而且難以優(yōu)化，td(on)與tr在設計上一般不作為首要考慮因素。而td(ff)大小除受器件影響外，主要與外電路中的柵極電阻RG關系密切。因此在IGBT設計中tf就成為首要的設計對象，這因為第一，tf的大小直接關系到器件的關斷損耗，而器件的關斷損耗在器件的開關損耗中占主要地位：第二，tf受器件的結構以及工藝條件影響巨大。正因為如此，通常用tf的高低來衡量IGBT器件動態(tài)性能的優(yōu)劣。