IGBT的工作原理是什么?
IGBT的等效電路如圖1所示。由圖1可知,若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅動(dòng)正電壓,則MOSFET導通,這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導通;若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V,則MOSFET截止,切斷PNP晶體管基極電流的供給,使得晶體管截止。
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(fā)射極之間的電壓;
——IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓;
——流過(guò)IGBT集電極－發(fā)射極的電流;
——IGBT的結溫。
如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓,即驅動(dòng)電壓過(guò)低,則IGBT不能穩定正常地工作,如果過(guò)高超過(guò)柵極－發(fā)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(fā)射極允許的電壓超過(guò)集電極－發(fā)射極之間的耐壓,流過(guò)IGBT集電極－發(fā)射極的電流超過(guò)集電極－發(fā)射極允許的最大電流,IGBT的結溫超過(guò)其結溫的允許值,IGBT都可能會(huì )永久性損壞。
絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）
IGBT的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導通。反之，加反向門(mén)極電壓消除溝道，流過(guò)反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT的驅動(dòng)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的溝道形成后，從P+基極注入到N一層的空穴（少子），對N一層進(jìn)行電導調制，減小N一層的電阻，使IGBT在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)電壓。
IGBT的工作特性包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類(lèi)：1．靜態(tài)特性:IGBT的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉移特性和開(kāi)關(guān)特性。
IGBT的伏安特性是指以柵源電壓Ugs為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線(xiàn)。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(tài)下的IGBT，正向電壓由J2結承擔，反向電壓由J1結承擔。如果無(wú)N+緩沖區，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入N+緩沖區后，反向關(guān)斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了IGBT的某些應用范圍。
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(guān)系曲線(xiàn)。它與MOSFET的轉移特性相同，當柵源電壓小于開(kāi)啟電壓Ugs(th)時(shí)，IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)。在IGBT導通后的大部分漏極電流范圍內，Id與Ugs呈線(xiàn)性關(guān)系。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(kāi)關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。IGBT處于導通態(tài)時(shí)，由于它的PNP晶體管為寬基區晶體管，所以其B值極低。盡管等效電路為達林頓結構，但流過(guò)MOSFET的電流成為IGBT總電流的主要部分。此時(shí)，通態(tài)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——擴展電阻Rdr上的壓降；
Roh——溝道電阻。通態(tài)電流Ids可用下式表示：
Ids=(1+Bpnp)Imos
式中Imos——流過(guò)MOSFET的電流。
由于N+區存在電導調制效應，所以IGBT的通態(tài)壓降小，耐壓1000V的IGBT通態(tài)壓降為2～3V。
IGBT處于斷態(tài)時(shí)，只有很小的泄漏電流存在。
2．動(dòng)態(tài)特性IGBT在開(kāi)通過(guò)程中，大部分時(shí)間是作為MOSFET來(lái)運行的，只是在漏源電壓Uds 下降過(guò)程后期，PNP晶體管由放大區至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。td(on)為開(kāi)通延遲時(shí)間，tri為電流上升時(shí)間。實(shí)際應用中常給出的漏極電流開(kāi)通時(shí)間ton即為td(on)tri之和。漏源電壓的下降時(shí)間由tfe1和tfe2組成，如圖2－58所示
IGBT在關(guān)斷過(guò)程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因為MOSFET關(guān)斷后，PNP晶體管的存儲電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長(cháng)的尾部時(shí)間，td(off)為關(guān)斷延遲時(shí)間，trv為電壓Uds(f)的上升時(shí)間。實(shí)際應用中常常給出的漏極電流的下降時(shí)間Tf由圖2－59中的t(f1)和t(f2)兩段組成，而漏極電流的關(guān)斷時(shí)間t(off)=td(off)+trv十t(f)（2－16）式中，td(off)與trv之和又稱(chēng)為存儲時(shí)間。
