【IGBT基础知识】IGBT的输出特性

卫光科技 昨天


　　


IGBT的输出特性也称伏安特性。它描述的是以栅极-发射极电压VGE为控制变量时集电极-发射极间电压VCE之间的关系，如图1所示。IGBT的输出特性可分为正向阻断区、有源区和饱和区。该特性与晶体管相似，不同的是控制变量。IGBT为栅极-发射极VGE而晶体管为基极电流。
一、正向阻断区
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，IGBT处于正向阻断区，此时在IGBT的集电极和发射极之间有一个很小的集电极-发射极漏电流ICES。这个漏电流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集电极-发射极电压VCES时，IGBT的PIN结（P+区/n漂移区/n+外延生成区）就会出现雪崩效应（击穿电压V(BR)CES），进入雪崩击穿状态。

       

 

  图1 IGBT输出特性曲线     

            

  图2 IGBT转移特性曲线
二、有源区
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。我们用正向跨导gfs（gfs=ΔIC/ΔVGE=IC/(VGE-VGE(th))来描述集电极电流IC与栅极-发射极电压VGE之间的相互关系，又称为IGBT的转移特性，如图2所示。IC与VGE基本呈线性关系，只有当栅极-发射极电压VGE在VGE(th)附近时才呈非线性关系。当栅极-发射极电压VGE小于VGE(th)时，IGBT处于关断状态；当VGE大于VGE(th)时，IGBT开始导通。由此可知，VGE（th）是IGBT能实现电导调制而导通的最低栅极-发射极电压。
三、饱和区
饱和区即特性曲线很陡上升部分，也被称为导通状态。此时集电极电流IC与栅极-发射极电压VGE不再呈线性关系，电流IC仅由外部电路所决定。导通特性的主要参数是集电极-发射极饱和压降VCE（sat）。这时在IGBT的n-漂移区内充满了少数载流子，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。
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