IGBT在二極管鉗位感性負(fù)載條件下的電路如圖1所示，該電路為IGBT常用電路，可作為IGBT開關(guān)特性的測(cè)試電路，評(píng)估IGBT的開通及關(guān)斷行為。圖2為綜合考慮了二極管的恢復(fù)特性及雜散電感(Ls)得到的IGBT實(shí)際開關(guān)波形，可作為設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路的參考。首先我們?cè)O(shè)定IGBT運(yùn)行在持續(xù)的穩(wěn)態(tài)電流條件下，流經(jīng)感性負(fù)載然后流過(guò)與感性負(fù)載并聯(lián)的理想續(xù)流二極管。
IGBT二極管鉗位感性負(fù)載電路
圖1. Diode-Clamped inductive load
IGBT開關(guān)波形
圖2. IGBT Switching Waveforms
IGBT的導(dǎo)通波形與MOSFET非常相像，IGBT的關(guān)斷特性除了拖尾電流外也與MOSFET類似，下面逐個(gè)時(shí)間區(qū)域說(shuō)明IGBT動(dòng)作原理。
a.導(dǎo)通過(guò)程
t0時(shí)間段：
t0時(shí)間段內(nèi)，門極電流iG對(duì)輸入寄生電容Cge、Cgc充電，VGE上升至閾值VGE(th)。VGE被認(rèn)為線性上升，實(shí)際上是時(shí)間常數(shù)為RG(Cge+Cgc)的指數(shù)曲線。在此時(shí)間內(nèi)，VCE及iC不變。導(dǎo)通延遲時(shí)間定義為從門極電壓上升至VGG+的10%開始到集電極電流iC上升至Io的10%的為止。因而，大部分導(dǎo)通延遲時(shí)間處在t0時(shí)間段。
t1時(shí)間段：
當(dāng)VGE超過(guò)VGE(th)時(shí)，柵氧化層下的基區(qū)形成溝道，電流開始導(dǎo)通。在此時(shí)間內(nèi)，IGBT處在線性區(qū)，iC隨著VGE而上升。iC的上升與VGE的上升有關(guān)，最終到達(dá)滿載電流Io。在t1和t2時(shí)間段，VCE的值相對(duì)于Vd略有下降，這是由于回路的雜散電感造成的電壓VLS=LS*diC/dt，產(chǎn)生在LS兩端，與Vd方向相反。當(dāng)iC上升時(shí)，VCE下降的值取決于diC/dt及LS，形狀隨iC形式而變化。
t2,t3時(shí)間段：
二極管電流iD在t1時(shí)間段內(nèi)開始下降，然而并不能立刻降至0A，因?yàn)榇嬖诜聪蚧謴?fù)過(guò)程，電流會(huì)反向流動(dòng)。反向恢復(fù)電流疊加至iC上，使t2、t3時(shí)間段的iC形式一樣。此刻，二極管兩端的反向電壓增加，IGBT兩端壓降VCE下降，因?yàn)镃ge在VCE較大時(shí)的值較小，VCE迅速下降，因而，此時(shí)的dVCE/dt較大。在t3時(shí)間內(nèi)，Cgc吸收及放電門極驅(qū)動(dòng)電流，Cge放電。在t3時(shí)間段末尾，二極管的反向恢復(fù)過(guò)程結(jié)束。
t4時(shí)間段：
該段時(shí)間內(nèi)，iG向Cgc充電，VGE維持在VGE,IO，iC維持在滿載電流Io，而VCE以 (VGG-VGE,Io)/(RGCgc)的速度下降。VCE大幅度下降并有一個(gè)拖尾電壓，這是因?yàn)镃gc在低VCE時(shí)的值較大。
t5時(shí)間段：
該段時(shí)間內(nèi)VGE再次以時(shí)間常數(shù)RG(Cge+Cgc,miller)增加直到VGG+，Cgc,miller為密勒電容，由于密勒效應(yīng)隨著VCE的降低而上升。t5時(shí)間內(nèi)，VCE緩慢下降至集電極-發(fā)射極飽和電壓，充分進(jìn)入飽和狀態(tài)。這是因?yàn)镮GBT晶體管穿過(guò)線性區(qū)的速度比MOSFET慢，以及密勒電容Cgc,miller的影響。轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：
IGBT開通動(dòng)作過(guò)程圖解
圖3 IGBT開通動(dòng)作過(guò)程圖解
驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)過(guò)程模擬仿真：
IGBT仿真模型分析結(jié)果
圖4 IGBT仿真模型分析結(jié)果
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