IGBT 基礎(chǔ)教程：第 6 部分IGBT靜態(tài)特性

IGBT的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。

IGBT的伏安特性是指以柵源電壓Ugs為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓 的關(guān)系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它與GTR的輸出特性相似.也 可分為飽和區(qū) 1 、放大區(qū)2和擊穿特性3部分。在截止 下的IGBT ，正向電壓由J2結(jié)承擔(dān)，反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。 無N+緩沖區(qū)，則正反向阻斷電壓 做到同樣水平，加入N+緩沖區(qū)后，反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平， 限制了IGBT的某些應(yīng)用范圍。

IGBT的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id與柵源電壓Ugs 的關(guān)系曲線。它與MOSFET的轉(zhuǎn)移特性，當(dāng)柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th) 時(shí)，IGBT處于關(guān)斷 。在IGBT導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)，Id與Ugs呈線性關(guān)系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值 取為15V左右。

IGBT 的開關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓 的關(guān)系。IGBT處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)， 它的PNP晶體

管為寬基區(qū)晶體管， 其B值極低。 等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但流過MOSFET的電流成為IGBT總電流的主要部分。

BV CES — 集電極-發(fā)射極擊穿電壓

在不損壞器件的情況下測量實(shí)際的集電極-發(fā)射極擊穿電壓實(shí)際上是不可能的。因此，BVCES 是在指定溫度下不超過指定集電極電流的集電極-發(fā)射極電壓。這跟蹤實(shí)際擊穿電壓。

BVCES 具有正溫度系數(shù)，在固定泄漏電流下，IGBT 在熱時(shí)比冷時(shí)可以阻擋更多的電壓。事實(shí)上，當(dāng)寒冷時(shí)，BVCES 規(guī)格低于 VCES 等級。

RBVCES — 反向集電極-發(fā)射極擊穿電壓

這是反向集電極-發(fā)射極擊穿電壓規(guī)范，即，當(dāng)發(fā)射極電壓相對于集電極為正時(shí)。與 BVCES 一樣，RBVCES 是在指定溫度下不超過指定發(fā)射極電流的發(fā)射極-集電極電壓。典型值約為 15 伏，但通常未指定 RBVCES，因?yàn)?IGBT 不是為反向電壓阻斷而設(shè)計(jì)的。盡管理論上 NPT IGBT 可以阻擋與正向電壓一樣多的反向電壓，但由于制造工藝的原因，通常它不能。由于 n+ 緩沖層，PT IGBT 不能阻擋非常多的反向電壓。

V GE(th) — 柵極閾值電壓

這是集電極電流開始流動(dòng)的柵極-源極電壓。還規(guī)定了測試條件(集電極電流、集電極-發(fā)射極電壓、結(jié)溫)。所有 MOS 門控器件在器件之間都表現(xiàn)出 VGE(th) 的變化，這是正常的。因此，指定了 VGE(th) 的范圍，最小值和最大值表示 VGE(th) 分布的邊緣。VGE(th) 具有負(fù)溫度系數(shù)，這意味著隨著芯片升溫，IGBT 將在較低的柵極-發(fā)射極電壓下開啟。該溫度系數(shù)通常約為負(fù) 12mV/C，與功率 MOSFET 相同。

V CE(on) — 集電極-發(fā)射極導(dǎo)通電壓

這是在指定集電極電流、柵極-發(fā)射極電壓和結(jié)溫條件下 IGBT 兩端的集電極-發(fā)射極電壓。由于 VCE(on) 與溫度有關(guān)，因此在室溫和高溫下都指定了它。

提供的圖表顯示了典型(非最大)集電極-發(fā)射極電壓與集電極電流、溫度和柵極發(fā)射極電壓之間的關(guān)系。從這些圖表中，電路設(shè)計(jì)人員可以估計(jì)傳導(dǎo)損耗和 VCE(on) 的溫度系數(shù)。傳導(dǎo)功率損耗是 VCE(on) 乘以集電極電流。溫度系數(shù)是 VCE(on) 與溫度的斜率。NPT IGBT 具有正溫度系數(shù)，這意味著隨著結(jié)溫升高，VCE(on) 升高。另一方面，PT IGBT 往往具有略微負(fù)的溫度系數(shù)。對于這兩種類型，溫度系數(shù)往往會(huì)隨著集電極電流的增加而增加。隨著電流的增加，PT IGBT 的溫度系數(shù)實(shí)際上可以從負(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎?

I CES — 集電極截止電流

這是器件關(guān)閉時(shí)在指定的集電極發(fā)射極和柵發(fā)射極電壓下從集電極流向發(fā)射極的漏電流。由于漏電流隨溫度增加而增加，因此 ICES 在室溫和高溫下都有規(guī)定。泄漏功率損耗是 ICES 乘以集電極-發(fā)射極電壓。

I GES — 柵極-發(fā)射極泄漏電流

這是在指定的柵極-發(fā)射極電壓下流過柵極端子的泄漏電流。