IGBT的工作原理及基本特性

绝缘栅双极晶体管(igbt)结合了gtr和mosfet的优点,具有良好的特性。igbt也是三端器件,具有栅极g、集电极c和发射极e。
1.igbt结构和工作原理
将igbt结构简化为等效电路,可以看出是双极性晶体管和mosfet组成的达林顿结构,等效为一个由mosfet驱动的厚基区pnp晶体管。元件的开通和关断由栅极和发射极之间的电压决定,当电压大于开启电压之后mosfet内形成沟道,并为晶体管提供基极电流从而使igbt导通。
当栅极和发射极之间施加反向电压或者不施加信号后,mosfet内部沟道消失,晶体管的基极电流被切断,igbt关断。
2.igbt的基本特性
1)静态特性
转移特性:集电极电流与栅极电压之间的关系,开启电压为使igbt能实现电导调制的最低栅射电压,开启电压会随温度升高而略有下降,温度升高1度,其值下降5mv左右。
转移特性
伏安特性:输出特性,即栅射电压为参考变量时,集电极电流与集射极电压之间的关系。输出特性分为三个区域:正向阻断区、有源区和饱和区。igbt在工作开关状态,主要是在正向阻断区和饱和区之间来回切换。
输出特性
2)动态特性
开通延迟时间:从驱动电压上升至幅值10%的时刻到集电极电流上升至幅值的10%;
上升时间:集电极电流从10%增长到90%所需的时间;
关断延迟时间:驱动电压幅值从90%--10%的时刻;
下降时间:集电极电流从90%--10%所需时间;
开关过程
从动态特性曲线中可以发现igbt电导效应较好,但同时也存在少子存储的现象,因此开关速度较低,此外igbt的击穿电压、通态压降和关断时间也是需要折中参数。

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