IGBT静态特性

图2.4.5 给出了有并联反接续流二极管的IGBT 特性曲线和转移曲线

图2.4.5 a）IGBT 特性曲线(n 通道增强型） b）转移曲线IC = f(VGE)

稳定的开关状态是：

正向截止状态和雪崩击穿状态当集电极-发射极的电压VCE 为正，且栅极-发射极电压VGE 小于栅极-发射极的开启电压VGE(th)时，在IGBT 的集电极和发射极之间仅有一个很小的集电极-发射极残余电流ICES。这个残余电流ICES 随着电压VCE 的上升在开始阶段仅略微增加，当VCE 大于某一特定的最高许可的集电极-发射极电压VCES 时，IGBT 的pin 结（p+区/n 漂移区/n+外延生长区）就会出现雪崩效应（击穿电压V(BR)CES）。从物理的角度来解释，IGBT 击穿电压V(BR)CES 对应了IGBT 结构中pnp 双极晶体管的击穿电压VCER。在雪崩现象时，由集电极-基极二极管产生的放大电流可以通过开通的双极晶体管，造成IGBT 的损坏。基极和发射极因为金属化发射极是几乎被短路，他们之间只有一个p+区的横向电阻。

导通状态 (第1 象限)

在集电极-发射极电压VCE 为正，并集电极电流IC 也为正时，IGBT 处于正向导通状态。此时特性曲线包含两个部分：

- 主动工作区

当栅极-发射极电压VGE 略大于门限电压VGE(th)时，由于沟道电流的饱和效应，沟道会出现一个相对较高的电压（特性曲线的水平线）。此时集电极电流IC 会受到电压VGE的控制。

我们用正向转移率gfs 来描述图2.4.5b）所示的转移特性。它的定义是：

gfs = IC / VGE = IC / (VGE –VGE(th))

转移特性在线性放大区域内的转移率随集电极电流IC 和集电极-发射极的电压VCE 增加而增加，并随着芯片的温度上升而减少。在由多个并联IGBT 芯片构成的功率模块中，这一区域只是在开关过程中被经过,模块是不会稳定的工作在这个区域的，因为电压VGE(th)会随着温度的上升而下降，这样，芯片间的很微小的差异就能造成温度失衡。

- 饱和区

在开关过程中，一旦电流IC 只是由外部电路所决定，便处于所谓的饱和区（特性曲线很陡上升部分），也被称为导通状态。导通特性的主要参数是残余电压VCE(sat)（集电极-发射极饱和电压降）。这时在IGBT 的n-漂移区内充满了少数载子，所以IGBT 的饱和压降VCE(sat)相比MOSFET 模块的通态压降要明显低的多。对大部分现在使用的IGBT 模块饱和压降VCE(sat)随着温度的升高而增加，但根据PT 理论设计的IGBT 的饱和压降VCE(sat)在额定电流区域内随着温度的升高反而下降。反向特性（第3 象限）

反向运行是指IGBT 集电极端的pn 结处于截止状态。因为不同的设计理念，在IGBT中的pin 二极管的截止电压仅在数十伏左右。为了提高IGBT 的反向截止特性现在常常通过串联二极管构成混合型。在一些标准的应用场合中，反向导通的IGBT 经常同并联反向快速二极管（逆向二极管）一起被使用。这样，这时IGBT 反向导通特性就取决混合连接的逆向二极管的特性。我们将在2.4.2.3 章进一步讨论。

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