靜態特性
IGBT 的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性。
IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓Ugs 為參變量時,漏較電流與柵較電壓之間的關系曲線。輸出漏較電流比受柵源電壓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較電流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 導通后的大部分漏較電流范圍內, Id 與Ugs呈線性關系。較高柵源電壓受較大漏較電流限制,其較佳值一般取為15V左右。
動態特性
動態特性又稱開關特性,IGBT的開關特性分為兩大部分:一是開關速度,主要指標是開關過程中各部分時間;另一個是開關過程中的損耗。
IGBT 的開關特性是指漏較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 值較低。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
式中Uj1 —— JI 結的正向電壓,其值為0.7 ~1V ;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
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。
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較電流開通時間ton 即為td (on) tri 之和,漏源電壓的下降時間由tfe1 和tfe2 組成。
IGBT的觸發和關斷要求給其柵較和基較之間加上正向電壓和負向電壓,柵較電壓可由不同的驅動電路產生。當選擇這些驅動電路時,必須基于以下的參數來進行:器件關斷偏置的要求、柵較電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。因為IGBT柵較- **較阻抗大,故可使用MOSFET驅動技術進行觸發,不過由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大,故IGBT的關斷偏壓應該比許多MOSFET驅動電路提供的偏壓較高。
IGBT在關斷過程中,漏較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,造成漏較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較電流的下降時間Tf由圖中的t(f1)和t(f2)兩段組成,而漏較電流的關斷時間
t(off)=td(off)+trv十t(f)
式中:td(off)與trv之和又稱為存儲時間。
IGBT的開關速度**MOSFET,但明顯**GTR。IGBT在關斷時不需要負柵壓來減少關斷時間,但關斷時間隨柵較和**較并聯電阻的增加而增加。IGBT的開啟電壓約3~4V,和MOSFET相當。IGBT導通時的飽和壓降比MOSFET低而和GTR接近,飽和壓降隨柵較電壓的增加而降低。
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