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晶體管提供基極電流，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的溝道形成后，從P+基極注入到N一層的空穴(少子)，對N一層進行電導調制，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為參變量時，漏極電流與柵極電壓之間的關系曲線。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之間的關系曲線。它與MOSFET的轉移特性相同，當柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th)時，IGBT處于關斷狀態。在IGBT導通后的大部分漏極電流范圍內，Id與Ugs呈線性關系。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的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。IGBT處于導通態時，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 ——擴展電阻 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。

　　由于 N+ 區存在電導調制效應，所以 IGBT 的通態壓降小，耐壓 1000V 的 IGBT 通態壓降為 2 ～ 3V 。

　　IGBT 處于斷態時，只有很小的泄漏電流存在。

　　2 .動態特性 IGBT 在開通過程中，大部分時間是作為 MOSFET 來運行的，只是在漏源電壓 Uds 下降過程后期， PNP 晶體 管由放大區至飽和，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 關斷后， PNP 晶體管的存儲電荷難以迅速消除，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 十 t(f) ( 2 - 16 )

　　式中， td(off) 與 trv 之和又稱為存儲時間。