（1）IGBT和柵極鉗位TVS二極管結(jié)構(gòu)

（2）雙脈沖開(kāi)關(guān)特性：

VGE1=15V（100us），VGE2=-5V（100us），LE1=LE2=0nH

VGE1=15V（5us），VGE2=-15V（3.5us），LE1=LE2=0nH

IGBT開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程描述：

圖1 IGBT開(kāi)通過(guò)程波形

開(kāi)通過(guò)程簡(jiǎn)述：

a）階段1（0—t1）：在此階段，柵極電流開(kāi)始對(duì)柵電容CGE充電，但是VGE《Vth，溝道未開(kāi)啟。

b）階段2（tl—t2）：在t1時(shí)刻，VGE》Vth，溝道開(kāi)啟，電子開(kāi)始通過(guò)溝道注入到基區(qū)，同時(shí)背面的集電極開(kāi)始向基區(qū)內(nèi)注入空穴，集電極開(kāi)始產(chǎn)生電流IC，此時(shí)IC《IL，隨著溝道開(kāi)啟程度的增加，IC逐漸增大。

c）階段3（t2—t3）：在t2時(shí)刻，IC=IL，流過(guò)續(xù)流二極管的電流降低至0，二極管內(nèi)部載流子開(kāi)始復(fù)合。

d）階段4（t3—t4）：續(xù)流二極管內(nèi)部載流子已經(jīng)完成復(fù)合，續(xù)流二極管兩端電壓開(kāi)始上升，這導(dǎo)致IGBT兩端的電壓下降和柵極集電極電容CGC放電。此時(shí)IGBT電流Ic形成過(guò)沖，過(guò)沖的大小與CGC大小有密切關(guān)系，CGC越大，IC過(guò)沖越大。

e）階段5（t4—t5）：在t4時(shí)刻，VGE將調(diào)整以適應(yīng)IC的過(guò)沖，在t5時(shí)刻，二極管反向恢復(fù)完成，VGE將會(huì)略微下降，使IGBT可以承受負(fù)載電流IL。在此階段，柵極發(fā)射極電壓VGE保持恒定，柵極電流流入至柵極集電極電容CGC，集電極發(fā)射極兩端電壓隨著CGC放電而下降。

f）階段6（t6—t7）：在t6時(shí)刻，VCE下降到使IGBT進(jìn)入飽和狀態(tài)，柵極反射極電壓增加以維持IL，當(dāng)VCE衰減穩(wěn)定后，穩(wěn)定值即為飽和導(dǎo)通壓降VCE（sat），到此開(kāi)通過(guò)程完全結(jié)束。

圖2 IGBT關(guān)斷過(guò)程波形

關(guān)斷過(guò)程簡(jiǎn)述：

a）階段1（0—t1），在t=0時(shí)刻，開(kāi)關(guān)S動(dòng)作，lGBT開(kāi)始關(guān)斷，柵極通過(guò)RG開(kāi)始放電，VGE下降。這導(dǎo)致通過(guò)溝道注入到基區(qū)的電子數(shù)量變少，但是由于感性負(fù)載的存在，通過(guò)抽取N基區(qū)中多余的電子和空穴來(lái)抑制IC的減小。

b）階段2（tl—t3）在t1時(shí)刻，基區(qū)內(nèi)剩余電荷降為0，耗盡區(qū)開(kāi)始形成。在VCE較小時(shí)，柵壓維持在VGP（VGP的大小與柵極電阻RG成正比），當(dāng)VCE超過(guò)一定限度時(shí)，柵壓開(kāi)始下降。

c）階段3（t3—t6）在t3時(shí)刻，VCE達(dá)到電路外加電壓VDC，耗盡區(qū)不再展寬，此時(shí)集電極電路IC迅速下降，由于IC的下降在負(fù)載電感上感生一個(gè)負(fù)電壓，此時(shí)VCE過(guò)沖到最大值，感生電壓使續(xù)流回路導(dǎo)通，負(fù)載電流轉(zhuǎn)移到續(xù)流回路。IGBT關(guān)斷完成。

在IGBT開(kāi)關(guān)過(guò)程中通常用開(kāi)通延遲td（on）、關(guān)斷延遲td（off）、上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf來(lái)進(jìn)行描述。圖5是IGBT整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程的波形。

圖3 IGBT整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程波形
責(zé)任編輯人：CC