IGBT轉(zhuǎn)移特性曲線、過電壓損壞和靜電損壞分析

在這篇文章中，小編將為大家?guī)?a href="/tags/IGBT" target="_blank">IGBT的相關(guān)報(bào)道。如果你對本文即將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、IGBT轉(zhuǎn)移特性曲線分析

IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線是指輸出集電極電流IC與柵極-發(fā)射極電壓VGE之間的關(guān)系曲線。

為了便于理解，這里我們可通過分析MOSFET來理解IGBT的轉(zhuǎn)移特性。

當(dāng)VGS=0V時(shí)，源極S和漏極D之間相當(dāng)于存在兩個(gè)背靠背的pn結(jié)，因此不論漏極-源極電壓VDS之間加多大或什么極性的電壓，總有一個(gè)pn結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏、源極間沒有導(dǎo)電溝道，器件無法導(dǎo)通，漏極電流ID為N+PN+管的漏電流，接近于0。

當(dāng)0<vgs<vgs（th）時(shí)< span="" style="margin: 0px; padding: 0px;">，柵極電壓增加，柵極G和襯底p間的絕緣層中產(chǎn)生電場，使得少量電子聚集在柵氧下表面，但由于數(shù)量有限，溝道電阻仍然很大，無法形成有效溝道，漏極電流ID仍然約為0。

當(dāng)VGS≥VGS（th）時(shí)，柵極G和襯底p間電場增強(qiáng)，可吸引更多的電子，使得襯底P區(qū)反型，溝道形成，漏極和源極之間電阻大大降低。此時(shí)，如果漏源之間施加一偏置電壓，MOSFET會(huì)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在大部分漏極電流范圍內(nèi)ID與VGS成線性關(guān)系，如下圖所示。

這里MOSFET的柵源電壓VGS類似于IGBT的柵射電壓VGE，漏極電流ID類似于IGBT的集電極電流IC。IGBT中，當(dāng)VGE≥VGE（th）時(shí)，IGBT表面形成溝道，器件導(dǎo)通。

二、IGBT模塊過電壓損壞和靜電損壞分析

IGBT在關(guān)斷時(shí)，由于逆變電路中存在電感成分，關(guān)斷瞬間產(chǎn)生尖峰電壓，如果尖峰電壓超過IGBT器件的最高峰值電壓，將造成IGBT擊穿損壞。IGBT過 電壓損壞可分為集電極柵極過電壓、柵極-發(fā)射極過電壓、高du/dt過壓電等。大多數(shù)過電壓保護(hù)的電路設(shè)計(jì)都比較完善，但是對于由高du/dt所導(dǎo)致的過電壓故障，基本上都是采用無感電容或者RCD結(jié)構(gòu)吸收電路。由于吸收電路設(shè)計(jì)的吸收容量不夠而造成IGBT損壞，對此可采用電壓鉗位，往往在集電極-柵極兩端并接齊納二極管，采用柵極電壓動(dòng)態(tài)控制，當(dāng)集電極電壓瞬間超過齊納二極管的鉗位電壓時(shí)，超出的電壓將疊加在柵極上(米勒效應(yīng)起作用)，避免了IGBT因受集電極發(fā)射極過電壓而損壞。

采用柵極電壓動(dòng)態(tài)控制可以解決過高的du/dt帶來的集電極發(fā)射極瞬間過電壓問題，但是它的弊端是當(dāng)IGBT處于感性負(fù)載運(yùn)行時(shí)，半橋結(jié)構(gòu)中處于關(guān)斷的IGBT，由于其反并聯(lián)二極管(續(xù)流二極管)的恢復(fù)，其集電極發(fā)射極兩端的電壓急劇上升，從而承受瞬間很高的du/dt。多數(shù)情況下，該du/dt值要比IGBT正常關(guān)斷時(shí)的集電極發(fā)射極電壓上升率高，由于米勒電容( Cres)的存在，該du/dt值將 在集電極和柵極之間產(chǎn)生一個(gè) 瞬間電流，流向柵極驅(qū)動(dòng)電路。該電流與柵極電路的阻抗相互作用，直接導(dǎo)致柵極-發(fā)射極電壓UGE值的升高，甚至超過IGBT的開通門限電壓VGEth值。出現(xiàn)惡劣的情況就是使IGBT被誤觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)致變換器的橋臂短路。

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