IGBT工作特性和工作原理

IGBT 的開關(guān)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(dǎo)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(guān)斷。 IGBT 的驅(qū)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(dāng) 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(dǎo)調(diào)制，減小 N 一層的電阻，使 IGBT 在高電壓時，也具有低的通態(tài)電壓。
 

IGBT 的工作特性包括靜態(tài)和動態(tài)兩類：
 

1 ．靜態(tài)特性 IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)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(guān)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(qū) 1 、放大區(qū) 2 和擊穿特性 3 部分。在截止?fàn)顟B(tài)下的 IGBT ，正向電壓由 J2 結(jié)承擔(dān)，反向電壓由 J1 結(jié)承擔(dān)。如果無 N+ 緩沖區(qū)，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入 N+ 緩沖區(qū)后，反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些應(yīng)用范圍。
 

IGBT 的轉(zhuǎn)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。它與 MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開啟電壓 Ugs(th) 時,IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。在 IGBT 導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)， Id 與 Ugs 呈線性關(guān)系。*高柵源電壓受*大漏極電流限制，其*佳值一般取為 15V 左右。
 

IGBT 的開關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。 IGBT 處于導(dǎo)通態(tài)時，由于它的 PNP 晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其 B 值極低。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但流過 MOSFET 的電流成為 IGBT 總電流的主要部分。此時，通態(tài)電壓 Uds(on) 可用下式表示

Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh （ 2 － 14 ）
 

式中 Uj1 —— JI 結(jié)的正向電壓，其值為 0.7 ～ IV ；
 

Udr ——擴(kuò)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 (2 － 15 ）
 

式中 Imos ——流過 MOSFET 的電流。
 

由于 N+ 區(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，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，只有很小的泄漏電流存在。