【正文】 ■ IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件。 ? 反向偏置 安全工作區(qū)（ Reverse Biased Safe Operating Area—— RBSOA） √根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率 dUCE/dt。 ? 引發(fā)擎住效應(yīng)的原因，可能是 集電極電流 過(guò)大（靜態(tài)擎住效應(yīng)）， dUCE/dt過(guò)大（動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)），或 溫度 升高。 ■ IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū) ◆ IGBT的擎住效應(yīng) ? 在 IGBT內(nèi)部寄生著一個(gè) NPN+ 晶體管和作為主開(kāi)關(guān)器件的 P+NP 晶體管組成的寄生晶閘管。 ? 輸入阻抗 高，其輸入特性與電力 MOSFET類似。 ? 在相同電壓和電流定額的情況下， IGBT的 安 全工作區(qū) 比 GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的 能力。 √tfi分為 tfi1和 tfi2兩段 ? 引入了少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，因而 IGBT的開(kāi)關(guān)速度要低于電力 MOSFET。 ◆ 最大集電極電流 ? 包括額定直流電流 IC和 1ms脈寬最大電流 ICP。 ? 關(guān)斷過(guò)程 √關(guān)斷延遲時(shí)間 td(off) 電壓上升時(shí)間 trv 電流下降時(shí)間 tfi 關(guān)斷時(shí)間 : toff = td(off) +trv+tfi 圖 225 IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程 ■ IGBT的主要參數(shù) ◆ 前面提到的各參數(shù)。 √在電力電子電路中，IGBT工作在 開(kāi)關(guān)狀態(tài) ，因而是在 正向阻斷區(qū) 和 飽和區(qū) 之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。 √分為三個(gè)區(qū)域： 正向阻斷區(qū) 、 有源區(qū) 和 飽和區(qū) 。 √開(kāi)啟電壓 UGE(th)是 IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓，隨 溫度升高而略有下降。 ? 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 使得電阻 RN減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的 通態(tài)壓降 。 √當(dāng) UGE為正且大于開(kāi)啟電壓 UGE(th)時(shí)， MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使IGBT導(dǎo)通。 ◆ IGBT的工作原理 ? IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與電力 MOSFET基本相同，是一種 場(chǎng)控 器件。 ? 簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是用 GTR與MOSFET組成的 達(dá) 林頓 結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。 ■ IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理 ◆ IGBT的結(jié)構(gòu) ? 是三端器件，具有 柵極 G、 集電極 C和 發(fā)射極 E。而電力 MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。 圖 98 電力 MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路 （二）柵極驅(qū)動(dòng)電路實(shí)例 普通驅(qū)動(dòng)電路 集成驅(qū)動(dòng)電路（ IR2110） ? 專為驅(qū)動(dòng)電力 MOSFET而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的 M57918L，其輸入信號(hào)電流幅值為 16mA，輸出最大脈沖電流為 +2A和 3A，輸出驅(qū)動(dòng)電壓 +15V和 10V。 ◆ 在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）可以減小 寄生振蕩 ，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減小。 二、功率場(chǎng)效應(yīng)管柵極驅(qū)動(dòng)電路 （一）柵極驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)及要求 ■ 電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路 ◆ 為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻。 ◆ 極間電容 ? CGS、 CGD和 CDS。 ◆ 漏極直流電流 ID和漏極脈沖電流幅值 IDM ? 標(biāo)稱電力 MOSFET電流定額的參數(shù)。 ■ 電力 MOSFET的主要參數(shù) ◆ 跨導(dǎo) Gfs、開(kāi)啟電壓 UT以及開(kāi)關(guān)過(guò)程中的各 時(shí)間參數(shù) 。 ? 開(kāi)關(guān)時(shí)間在 10~100ns之間，其工作頻率可達(dá) 100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。 ? 關(guān)斷過(guò)程 √關(guān)斷延遲時(shí)間 td(off) 電壓上升時(shí)間 trv 電流下降時(shí)間 tfi 關(guān)斷時(shí)間 toff = td(off) +trv+tfi ? MOSFET的 開(kāi)關(guān)速度 和其 輸入電容的充放電 有很大關(guān)系，可以降低柵極驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)阻 Rs，從而減小柵極回路的充放電時(shí)間常數(shù)，加快開(kāi)關(guān)速度。 ◆ 動(dòng)態(tài)特性 ? 開(kāi)通過(guò)程 √開(kāi)通延遲時(shí)間 td(on) 電流上升時(shí)間 tr 電壓下降時(shí)間 tfv 開(kāi)通時(shí)間 ton= td(on)+tr+ tfv R s R G R F R L i D u GS u p i D + U E 圖 222 電力 MOSFET的開(kāi)關(guān)過(guò)程 a)測(cè)試電路 b) 開(kāi)關(guān)過(guò)程波形 up為矩形脈沖電壓信號(hào)源， Rs為信號(hào)源內(nèi)阻， RG為柵極電阻， RL為漏極負(fù)載電阻， RF用于檢測(cè)漏極電流。 圖 221 電力 MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 b) 輸出特性 √工作在 開(kāi)關(guān) 狀態(tài)，即在 截止區(qū) 和 非飽和區(qū) 之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。 ? 輸出特性 √是 MOSFET的 漏極 伏安特性。 圖 1 2 0+ + ++ + ++ + ++ + ++ + ++ + +絕 緣 膜柵 極 G源 極 S漏 極 DNPNP( a )N+ ++++++++絕 緣 膜柵 極 G源 極 S漏 極 DNPNP( b ) +++ N+++絕 緣 膜柵 極 G源 極 S漏 極 DNPNP( c ) +++ N■ 電力 MOSFET的基本特性 ◆ 靜態(tài)特性 ? 轉(zhuǎn)移特性 √指漏極電流 ID和柵源間電壓 UGS的關(guān)系，反映了輸入電壓和輸出電流的關(guān)系 。 √當(dāng) UGS大于某一電壓值 UT時(shí)，使 P型半導(dǎo)體反型成 N型半導(dǎo)體，該 反型層 形成 N溝道而使 PN結(jié) J1消失，漏極和源極導(dǎo)電。 ? 電力 MOSFET也是 多元集成 結(jié)構(gòu) ◆ 電力 MOSFET的工作原理 ? 截止：當(dāng) 漏源 極間接正電壓， 柵極 和 源極 間電壓為 零 時(shí)， P基區(qū)與 N漂移區(qū)之間形成的 PN結(jié) J1反偏 ，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。 ? 結(jié)構(gòu)上與小功率 MOS管有較大區(qū)別，小功率 MOS管是 橫向 導(dǎo)電器件，而目前電力 OSFET大都采用了垂直 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所以又稱為 VMOSFET（ Vertical MOSFET），這大大提高了 MOSFET器件的 耐壓 和耐電流 能力。 ? 在電力 MOSFET中，主要是 N溝道增強(qiáng)型 。 ? 當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道的稱為 耗盡型 。 ◆ 電流容量小，耐壓低，多用于功率不超過(guò) 10kW的電力電子裝置。 ◆ 開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高。 集成化基極驅(qū)動(dòng)電路（ UAA4002） UAA4002驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)電源電路 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 ■ 分為 結(jié)型 和 絕緣柵型 ，但通常主要指絕緣柵型中 的 MOS型（ Metal Oxide Semiconductor FET） ,簡(jiǎn) 稱電力 MOSFET（ Power MOSFET）。 √VD2和 VD3構(gòu)成 貝克箝位電路 ，是一種抗飽和電路，可使GTR導(dǎo)通時(shí)處于臨界飽和狀態(tài)； √C2為加速開(kāi)通過(guò)程的電容，開(kāi)通時(shí) R5被 C2短路，這樣可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流的過(guò)沖，并增加前沿的陡度，加快開(kāi)通。 ? 關(guān)斷時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（ 6V左右）的負(fù)偏壓。 ? GTR工作時(shí)不僅不能超過(guò)最高電壓 UceM，集電極最大電流 IcM和最大耗散功 率 PcM，也不能超過(guò) 二次擊穿臨界線 。 ◆ 出現(xiàn)一次擊穿后， GTR一般不會(huì)損壞，二次擊穿常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變，因而對(duì) GTR危害極大。 ■ GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū) ◆ 當(dāng) GTR的集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，集電極電流迅速增大，這種首先出現(xiàn)的擊穿是 雪崩擊穿 ，被稱為一次擊穿。 ? 產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中在給出 PcM時(shí)總是同時(shí)給出殼溫 TC，間接