1、器件結(jié)構(gòu)參數(shù):
2、短路特性:
工作原理:
IGBT是雙極型三極管和MOS管結(jié)合在一起的產(chǎn)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(diǎn)。IGBT兼有兩種器件的優(yōu)點(diǎn),電壓控制驅(qū)動(dòng),通流能力強(qiáng),頻率最高可使用到100KHz,是中頻段理想的功率器件。
開(kāi)通過(guò)程簡(jiǎn)述:
階段1(0—t1):在此階段,柵極電流開(kāi)始對(duì)柵電容CGE充電,但是VGE
階段2(tl—t2):在t1時(shí)刻,VGE》Vth,溝道開(kāi)啟,電子開(kāi)始通過(guò)溝道注入到基區(qū),同時(shí)背面的集電極開(kāi)始向基區(qū)內(nèi)注入空穴,集電極開(kāi)始產(chǎn)生電流IC,此時(shí)IC
階段3(t2—t3):在t2時(shí)刻,IC=IL,流過(guò)續(xù)流二極管的電流降低至0,二極管內(nèi)部載流子開(kāi)始復(fù)合。
階段4(t3—t4):續(xù)流二極管內(nèi)部載流子已經(jīng)完成復(fù)合,續(xù)流二極管兩端電壓開(kāi)始上升,這導(dǎo)致IGBT兩端的電壓下降和柵極集電極電容CGC放電。此時(shí)IGBT電流Ic形成過(guò)沖,過(guò)沖的大小與CGC大小有密切關(guān)系,CGC越大,IC過(guò)沖越大。
階段5(t4—t5):在t4時(shí)刻,VGE將調(diào)整以適應(yīng)IC的過(guò)沖,在t5時(shí)刻,二極管反向恢復(fù)完成,VGE將會(huì)略微下降,使IGBT可以承受負(fù)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。
階段6(t6—t7):在t6時(shí)刻,VCE下降到使IGBT進(jìn)入飽和狀態(tài),柵極反射極電壓增加以維持IL,當(dāng)VCE衰減穩(wěn)定后,穩(wěn)定值即為飽和導(dǎo)通壓降VCE(sat),到此開(kāi)通過(guò)程完全結(jié)束。
關(guān)斷過(guò)程簡(jiǎn)述:
階段1(0—t1),在t=0時(shí)刻,開(kāi)關(guān)S動(dòng)作,lGBT開(kāi)始關(guān)斷,柵極通過(guò)RG開(kāi)始放電,VGE下降。這導(dǎo)致通過(guò)溝道注入到基區(qū)的電子數(shù)量變少,但是由于感性負(fù)載的存在,通過(guò)抽取N基區(qū)中多余的電子和空穴來(lái)抑制IC的減小。
階段2(tl—t3)在t1時(shí)刻,基區(qū)內(nèi)剩余電荷降為0,耗盡區(qū)開(kāi)始形成。在VCE較小時(shí),柵壓維持在VGP(VGP的大小與柵極電阻RG成正比),當(dāng)VCE超過(guò)一定限度時(shí),柵壓開(kāi)始下降。
階段3(t3—t6)在t3時(shí)刻,VCE達(dá)到電路外加電壓VDC,耗盡區(qū)不再展寬,此時(shí)集電極電路IC迅速下降,由于IC的下降在負(fù)載電感上感生一個(gè)負(fù)電壓,此時(shí)VCE過(guò)沖到最大值,感生電壓使續(xù)流回路導(dǎo)通,負(fù)載電流轉(zhuǎn)移到續(xù)流回路。IGBT關(guān)斷完成。
在IGBT開(kāi)關(guān)過(guò)程中通常用開(kāi)通延遲td(on)、關(guān)斷延遲td(off)、上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf來(lái)進(jìn)行描述。圖6是IGBT整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程的波形。
在實(shí)際IGBT應(yīng)用中,開(kāi)通階段損耗較小,而且難以優(yōu)化,td(on)與tr在設(shè)計(jì)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(guān)系密切。因此在IGBT設(shè)計(jì)中tf就成為首要的設(shè)計(jì)對(duì)象,這因?yàn)榈谝?,tf的大小直接關(guān)系到器件的關(guān)斷損耗,而器件的關(guān)斷損耗在器件的開(kāi)關(guān)損耗中占主要地位:第二,tf受器件的結(jié)構(gòu)以及工藝條件影響巨大。正因?yàn)槿绱?,通常用tf的高低來(lái)衡量IGBT器件動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)劣。
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