IGBT的工作原理和工作特性

    IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给 PNP 晶体管提供基极电流，使 IGBT 导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使 IGBT 关断。 IGBT 的驱动方法和 MOSFET 
基本相同，只需控制输入极 N 一沟道 MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。 
    当  MOSFET 的沟道形成后，从  P+ 基极注入到  N 一层的空穴（少子），对 N 一层进行电导调制，减小 N 一层的电阻，使 IGBT 在高电压    时，也具有低的通态电压。 
      IGBT 的工作特性包括静态和动态两类： 
      1 ．静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和    开关特性。 
      IGBT 的伏安特性是指以栅源电压 Ugs 为参变量时，漏极电流与    栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压 Ugs 的控 制， Ugs 越高， Id 越大。它与 GTR 的输出特性相似．也可分为饱和    区 1 、放大区 2 和击穿特性 3 部分。在截止状态下的 IGBT ，正向电    压由 J2 结承担，反向电压由 J1 结承担。如果无  N+ 缓冲区，则正反    向阻断电压可以做到同样水平，加入 N+ 缓冲区后，反向关断电压只    能达到几十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些应用范围。 
      IGBT 的转移特性是指输出漏极电流 Id 与栅源电压 Ugs 之间的    关系曲线。它与 MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电    压 Ugs(th) 时， IGBT 处于关断状态。在 IGBT 导通后的大部分漏极电    流范围内， Id 与 Ugs 呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限    制，其最佳值一般取为   15V 左右。 
      IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。 IGBT   处于导通态时，由于它的 PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其 B 值    极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过 MOSFET 的电流成为   IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压 Uds(on) 可用下式表示 

  Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh  （ 2 － 14 ） 
  式中 Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为 0.7 ～ IV ； 
  Udr ——扩展电阻 Rdr 上的压降； 
  Roh ——沟道电阻。 
  通态电流 Ids 可用下式表示： 
  Ids=(1+Bpnp)Imos         (2 － 15 ） 
  式中 Imos ——流过 MOSFET 的电流。 
  由于 N+ 区存在电导调制效应，所以 IGBT 的通态压降小，耐压   1000V 的    IGBT 通态压降为    2 ～  3V     IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。 
  2 ．动态特性 IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为   MOSFET 来运行的，只是在漏源电压 Uds 下降过程后期， PNP 晶体    管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。 td(on) 为开通延迟时间，   tri 为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间 ton 即为  td (on)  tri  之和。漏源电压的下降时间由 tfe1  和 tfe2 组成，如图 2 － 58 所示    
IGBT 在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为 MOSFET 关断后， PNP 晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间， td(off) 为关断延迟时间， trv 为电压 Uds(f) 的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间  Tf  由图 2 － 59 中的  t(f1)  和 t(f2) 两段组成，而漏极电流的关断时间 
t(off)=td(off)+trv 十 t(f) （ 2 － 16 ） 
式中， td(off) 与 trv 之和又称为存储时间