IGBT基础与运用-1

作者：yzhu05

筹备了一段时间，也找了不少的资料将准备开始整理和学习IGBT的材料。

IGBT 的资料有很多，如果想找，可以在baidu文档里面找中文的资料，也可以在google找pdf的英文资料。粗略看起来较为详细的有：富士IGBT应用手册，三菱第五代IGBT应用手册。而英飞凌的网站上的资料也较为齐整，都是英文的兄弟们可参详。

IGBT，中文名字为绝缘栅双极型晶体管，它是由 MOSFET（输入级）和PNP晶体管（输出级）复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内。

理想等效电路与实际等效电路如图所示：



IGBT 的静态特性一般用不到，暂时不用考虑，重点考虑动态特性（开关特性）。

动态特性的简易过程可从下面的表格和图形中获取：



IGBT的开通过程

IGBT 在开通过程中，分为几段时间

1.与MOSFET类似的开通过程，也是分为三段的充电时间

2.只是在漏源DS电压下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和过程中增加了一段延迟时间。

在上面的表格中，定义了了：开通时间Ton，上升时间Tr和Tr.i

除了这两个时间以外，还有一个时间为开通延迟时间td.on:td.on=Ton-Tr.i

IGBT在关断过程

IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。
第一段是按照MOS管关断的特性的
第二段是在MOSFET关断后，PNP晶体管上存储的电荷难以迅速释放，造成漏极电流较长的尾部时间。
在上面的表格中，定义了了：关断时间 Toff，下降时间Tf和Tf.i
除了表格中以外，还定义
trv为DS端电压的上升时间和关断延迟时间td(off)。
漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成，而总的关断时间可以称为toff=td(off)+trv十t(f)，td(off)+trv之和又称为存储时间。
从下面图中可看出详细的栅极电流和栅极电压，CE电流和CE电压的关系：



从另外一张图中细看MOS管与IGBT管栅极特性可能更有一个清楚的概念：

开启过程



关断过程



关于MOS的栅极过程，曾经写过一篇详细的博文：

MOS管驱动基础和时间功耗计算

MOS管寄生参数的影响和其驱动电路要点