IGBT 的工作原理和工作特性.docx
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1、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槁体管供应基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消退沟道,流过反向基极电流,使IGBT关断,IGBT的骚动方法和MoSFET基本相同,只需限制输入极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为参变我时,漏极电流与
2、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的输出特性相像.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结担当,反向电压由Jl结担当。假如无N+缓冲区,则正反向阻断电压可以做到同样水平,加入N+慑冲区后,反向关断电压只能达到儿十伏水平,因此限制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C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棺用内,Id与Ugs呈线性关系C最高栅源电压受最
3、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)=Ujl+Udr+IdRoh(2-14)式中UjlJI结的正向电压,其值为0.7IV;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(215)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
4、100OV的IGBT通态压降为23V。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UdsF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del和tfe2组成,如图2-58所示图2-58开通时IGBT的电流、电压波形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晶体管的存储电荷堆以快速消退,造成漏极电流较长的尾部时间,td(of
5、f)为关断延迟时间,trv为电压Uds(f)的上升时间。实际应用中经常给出的漏极电流的下降时间Tf由图2-59中的t(fl)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。(1.usMOSEET电it)GTR电旗图2-59关断时IGBT的电流、电压波形IGBT的驱动与受护技术1.IGBT的驱动条件驱动条件与IGBT的特性亲密相关。设计棚极骐动电路时,应特殊留意开通特性、负载短路实力和dUdsZdt引起的误触发等问题。正偏置电压Uge增加,通态电压卜降,开通能耗Eon也卜降,分别如图2-62a和b
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