IGBT管的正向阻断及反向阻断特性
2023-04-28IGBT 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,漏极电流与栅极电玉之间的关系曲线。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结承拍。如果无 N+缓冲区,则正反向阴新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)=Uil +Udr+IdRoh
式中 Uj1 --JI结的正向电压,其值为0.7~1V;Udr--扩展电阻 Rdr 上的压降:Roh --沟道电阻。
通态申流 Ids 可用下式表示: Ids=(1+Bpnp)Imos
式中 Imos --流过 MOSFET 的电流。
由于 N+区存在申导调制效应,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。
当IGBT关断时,由于热能的作用,会产生一个很小的集-射极漏电流lCES。实际应用中的lCES通常达不到数据手册中给出的数值。数据手册给出的通常是IGBT模块生产终测时设备所能检测到的最小电流,而这个下限电流比实际的截止电流要高出几个数量级。相应地,由UCES和lCES相乘而得到断态损耗功率非常小。断态损耗功率相比其他的损耗(通态及开关损耗)来说是可以忽略不计的。