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IGBT 的擎住效应与安全工作区

晨怡热管 2007/3/28 19:55:54

擎住效应

     在分析擎住效应之前,我们先回顾一下 IGBT 的工作原理(这里假定不发生擎住效应)。

    1 .当 Uce 0 时, J3 反偏,类似反偏二极管, IGBT 反向阻断;

    2 .当 Uce 0 时,在 Uc<Uth 的情况下,沟道未形成,  IGBT 正向阻断;在   U 。> Uth 情况下,栅极的沟道形成,    N+ 区的电子通过沟道进入 N 一漂移区,漂移到 J3 结,此时 J3 结是正偏,也向 N 一区注入空穴,从而在 N 一区产生电导调制,使 IGBT 正向导通。

    3    IGBT 的关断。在    IGBT 处于导通状态时,当栅极电压减至为零,此时 Ug 0 Uth ,沟道消失,通过沟道的电子电流为零,使 Ic 有一个突降。但由于 N 一区注入大量电子、空穴对, IC 不会立刻为零,而有一个拖尾时间。

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  IGBT 为四层结构,体内存在一个奇生晶体管,其等效电路如图 2 60 所示。在 V2 的基极与发射极之间并有一个扩展电阻 Rbr ,在此电阻上 P 型体区的横向空穴会产生一定压降,对 J3 结来说,相当于一个正偏置电压。在规定的漏极电流范围内,这个正偏置电压不大, V2 不起作用,当 Id 大到一定程度时,该正偏置电压足以使 V2 开通,进而使 V2 V3 处于饱和状态,于是寄生晶体管开通,栅极失去控制作用,这就是所谓的擎住效应 .IGBT 发生擎住效应后,漏极电流增大,造成过高功耗,导致损坏。可见,漏极电流有一个临界值 Idm 。,当 Id Idm 时便会产生擎住效应。

       IGBT 关断的动态过程中,假若   dUds dt 过高,那么在 J2 结中引起的位移电流   Cj2  dUds/d t )会越大,当该电流流过体区扩展电阻 Rbr 时,也可产生足以使晶体管 V2 开通的正向偏置电压,满足寄生晶体管开通擎住的条件,形成动态擎住效应。使用中必须防止 IGBT 发生擎住效应,为此可限制 Idm 值,或者用加大栅极电阻 Rg 的办法延长  IGBT 关断时间,以减少  d Uds  /d t 值。

     值得指出的是,动态擎住所允许的漏极电流比静态擎住所允许的要小,放生产厂家所规定的) Id 值是按动态擎住所允许的最大漏极电流来确定的。

安全工作区

     安全工作区(  SO A )反映了一个晶体管同时承受一定电压和电流的能力。 IGBT 开通时的正向偏置安全工作区( FBSOA ),由电流、电压和功耗三条边界极限包围而成。最大漏极电流  I dm  是根据避免动态擎住而设定的,最大漏源电压  Udsm 是由   IGBT 中晶体管 V3 的击穿电压所确定,最大功耗则是由最高允许结温所决定。导通时间越长,发热越严重,安全工作区则越窄,如图 2 61 。所示。

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 IGBT 的反向偏置安全工作区(   R BSO A )如图 2 61b 所示,它随 IGBT 关断时的  d Uds d t  而改变, d Uds dt 越高, RBSOA 越窄。

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