文档介绍：IGBT 的基本结构
绝缘栅双极晶体管本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区之间多了 一个 P 型层。根据国际电 工委员会 IEC ／ TC （ CO ） 13 3 9 文件 建议，其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。
图 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 结承担。如果无 N+ 缓冲区，则正反 向阻断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) = Ujl + Udr + IdRoh ( 2 - 14 )
式中Ujl —— JI结的正向电压，〜IV ；
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=(l+Bpnp)Imos (2 - l5 )
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 l000V 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。
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 Uds 下降过程后期， 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 tfe1 和 tfe2 组成，如图 2 － 58 所示
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7
LU 2-58开通时】GBT的电电压波形
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 晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间， td(off) 为关 断延迟时间， trv 为电压 Uds(f) 的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流 的下降时间 Tf 由图 2 － 59 中的 t(f1) 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。
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图2-59关断时IGBT的电电压液形
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IG BT 的擎住效应与安全工作区
擎住效应
在分析擎住效应之前，我们先回顾一下 IGBT 的工作原理（这里假定不发生 擎住效应）。
.当Uce V 0时，J3反偏，类似反偏二极管，IGBT反向阻断；
.当Uce > 0时，在UcvUth的情况下，沟道未形成，IGBT正向阻断; 在 U。> Uth情况下，栅极的沟道形成，N+区的电子通过沟道进入N — 漂移区，漂移到 J3 结，此时 J3 结是正偏，也向 N 一区注入空穴，从而在 N 一区产生电导调制，使 IGBT 正向导通。
． IGBT 的关断。在 IGBT 处于导通状态时，当栅极电压减至为零， 此时Ug = 0 V Uth，沟道消失，通过沟道的电子电流为零，使Ic有一个突 降。但由于 N 一区注入大量电子、空穴对， IC 不会立刻为零，而有一个拖尾 时间。
图2-60具有寄生晶体暂
的IGBT等效电路
IGBT 为四层结构，体内存在一个奇生晶体管，其等效电路如图 2 － 60 所示。 在 V2 的基极与发射极之间并有一个扩展电阻 Rbr ，在此电阻上 P 型体区的 横向空穴会产生一定压降，对 J3 结来说，相当于一个正偏置电压。在规定的漏 极电流范围内，这个正偏置电压不大， V2 不起作用，当 Id 大到一定程度时， 该正偏置电压足以使 V2 开通，进而使 V2 和 V3 处于饱和状态，于是寄生晶 体管开通，栅