绝缘栅双极型晶体管工作特性

1．静态特性

IGBT的静态特性主要有输出特性及转移特性，如图1所示。输出特性表达了集电极电流I_{C与集电极—发射极间电压UCE之间的关系，分饱和区、放大区及击穿区。}

IGBT的转移特性表示了栅极电压U_{G对集电极电流IC的控制关系。在大部分范围内，IC与UG呈线性关系。}

      a） 输出特性                                                                 b） 转移特性

图1  IGBT的输出特性和转移特性

2．动态特性

IGBT的动态特性即开关特性，如图2所示，其开通过程主要由其MOSFET结构决定。当栅极电压U_{G达开启电压UG（th）后，集电极电流IC迅速增长，其中栅极电压从负偏置值增大至开启电压所需时间td（on）为开通延迟时间；集电极电流由10％额定增长至90％额定所需时间为电流上升时间tri，故总的开通时间为ton＝td（on）＋tri。}

IGBT的关断过程较为复杂，其中U_{G由正常15V降至开启电压UT所需时间为关断延迟时间td（off），自此IC开始衰减。集电极电流由90％额定值下降至10％额定所需时间为下降时间tfi＝tfi1＋tfi2，其中tfi1对应器件中MOSFET部分的关断过程，tfi2对应器件中PNP晶体管中存贮电荷的消失过程。由于经tfi1时间后MOSFET结构已关断，IGBT又未承受反压，器件内存贮电荷难以被迅速消除，所以集电极电流需较长时间下降，形成电流拖尾现象。由于此时集射极电压Uce已建立，电流的过长拖尾将形成较大功耗使结温升高。总的关断时间则为toff＝td（off）＋tfi。}

图2  IGBT的开关特性

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1．静态特性

IGBT的静态特性主要有输出特性及转移特性，如图1所示。输出特性表达了集电极电流I_{C与集电极—发射极间电压UCE之间的关系，分饱和区、放大区及击穿区。}

IGBT的转移特性表示了栅极电压U_{G对集电极电流IC的控制关系。在大部分范围内，IC与UG呈线性关系。}

      a） 输出特性                                                                 b） 转移特性

图1  IGBT的输出特性和转移特性

2．动态特性

IGBT的动态特性即开关特性，如图2所示，其开通过程主要由其MOSFET结构决定。当栅极电压U_{G达开启电压UG（th）后，集电极电流IC迅速增长，其中栅极电压从负偏置值增大至开启电压所需时间td（on）为开通延迟时间；集电极电流由10％额定增长至90％额定所需时间为电流上升时间tri，故总的开通时间为ton＝td（on）＋tri。}

IGBT的关断过程较为复杂，其中U_{G由正常15V降至开启电压UT所需时间为关断延迟时间td（off），自此IC开始衰减。集电极电流由90％额定值下降至10％额定所需时间为下降时间tfi＝tfi1＋tfi2，其中tfi1对应器件中MOSFET部分的关断过程，tfi2对应器件中PNP晶体管中存贮电荷的消失过程。由于经tfi1时间后MOSFET结构已关断，IGBT又未承受反压，器件内存贮电荷难以被迅速消除，所以集电极电流需较长时间下降，形成电流拖尾现象。由于此时集射极电压Uce已建立，电流的过长拖尾将形成较大功耗使结温升高。总的关断时间则为toff＝td（off）＋tfi。}

图2  IGBT的开关特性