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zexuly191207
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大量的电子通过导电沟道从发射极注入N-漂移区,成为内部PNP型晶体管的基极电流,由于J1结正偏,导致大量的空穴由注入区P+区注入N-漂移区。注入N-漂移区的空穴通过漂移和扩散两种方式流过漂移区,*到达P体区。当空穴进入P体区以后,吸引了大量来自发射极接触的金属的电子,这些电子注入P体区,并迅速地与空穴复合,形成器件的导通电流,IGBT处于导通状态。图6所示为IGBT内部等效MOSFET和双极型晶体管GTR的结构。在IGBT导通时,其电流通过内部等效MOSFET和GTR导通。图6所示为IGBT的等效电路,IGBT为一个MOSFET与一个双极型晶体管达林顿连接而成。UCE(on)=UJ1+Udrift+ICRchannel式中,UJ1为PN结J1的导通压降;Udrift为漂移区体电阻上的压降;Rchannel为P体区的等效导通电阻。
但当电流大(If＞l1)时，电感量迅速滑落;曲线2因有较大气隙，电感小，但在大电流(I1
但是，提高电流密度之后难以令其OFF（TURNOFF），于是，电流密度较IGBT为高的MCT的OFF速度更慢。不过，双极组件的ON速度和MOSFET并无太大差异。因闸极构造之不同，FET可分为接合型与MOS型两大类。接合型FET的闸极藉PN接合与源极、泄极分离。在PN接合界面之处经常形成一种称为“空乏层”（DEPLETIONLAYER）的绝缘领域，空乏层之厚度随着施加于接合上之电压的极性及大小儿增减变化。MOS型FET之场合，闸极与源极及泄极之间隔着SiO2等之绝缘膜儿完全分离。在稳定状态下，流过闸极绝缘膜之电流很小，只有1nA左右。MOS系组件在使用时必须注意避免遭受静电破坏（双极系组件较无此项顾虑）。
但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。IGBT硅片的结构与功率MOSFET的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+基片和一个N+缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。如等效电路图所示(图1)，其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+区之间创建了一个J1结。当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内。
此时，通态电压Uds(on)可用下式表示Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh式中Uj1——JI结的正向电压，其值为0.7～IV；Udr——扩展电阻Rdr上的压降；Roh——沟道电阻。通态电流Ids可用下式表示：Ids=(1+Bpnp)Imos式中Imos——流过MOSFET的电流。由于N+区存在电导调制效应，所以IGBT的通态压降小，耐压1000V的IGBT通态压降为2～3V。IGBT处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。．动态特性IGBT在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET来运行的，只是在漏源电压Uds下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on)为开通延迟时间。
此外，闩锁电流对PNP和NPN器件的电流增益有一定的影响，因此，它与结温的关系也非常密切;在结温和增益提高的情况下，P基区的电阻率会升高，破坏了整体特性。因此，器件制造商必须注意将集电极*电流值与闩锁电流之间保持一定的比例，通常比例为5。IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与GTR的输出特性相似.也可分为饱和区放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平。
从技术设计的角度来看，用这种规格的IGBT设计整机产品显然是浪费。无论是BUP307还是其他容易买到的、用于电磁炉的IGBT，都需要5元左右;更为不利的是，这样的大的个头不利于减小电路体积。BUP307的主要技术参数见表1。本文将结合弧焊逆变电源的产品说明IGBT模块在弧焊逆变电源的应用。ZX7-315是*焊接电流为315A的弧逆变电源，其主电路原理图如图1所示。从图中可知，三相工频交流电经三相整流桥和电容滤波后，得到约510V的直流侧电压，主电路为半桥式逆变器，V1和V2为IGBT，V1和V2交替导通，为了防止产生“直通”，V1和V2的栅极驱冲应设定死区时间。逆变电路的工作频率为20kHz。
搭建成我们所需要的辅助电源的成本不过30元。PC电源有3组主输出:3.3V、5V、12V，电流输出能力都相当乐观。这里，我们不是奔着输出功率来的，而是其低廉的价格，还易于购买。另一优点是，PC电源是非常成熟而且生产批量很大的产品，其保护功能完善，标准化程度艮高。图3是用2台PC电源搭建辅助电源的关键步骤。(1)将两台PC电源叠加起来，中间垫一层木板或者其他绝缘物，保证二者的外壳*不会碰触，然后捆扎起来。当然，让二者分开放置，能保证外壳不会接触也可。(2)让PC电源上电即处于工作状态。目前常见的PC电源为ATX电源，上电即处于待机状态，需要主板配合才能工作。按图3处理一下，PC电源即可上电处于工作状态。
则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线。*栅源电压受*漏极电流限制，其*值一般取为15V左右。IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET的电流成为IGBT电流的主要部分。
栅极电压可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。因为IGBT栅极-发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行触发，不过由于IGBT的输入电容较MOSFET为大，故IGBT的关断偏压应该比许多MOSFET驱动电路提供的偏压更高。IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为MOSFET关断后，PNP晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，td(off)为关断延迟时间，trv为电压Uds(f)的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成。
这要以增大关断损耗为代价。3.综合2两点可知，IGBT通常在过流、高压和低栅电阻条件下才会发生显著的的动态雪崩。在厂商数据表(datasheet)所给定的额定电流、电压以及较大栅电阻条件下，一般是可以安全关断的，因此数据表会给出一个矩形的关断SOA。但正如本文引言部分所述，在高压领域的实际应用需求中，往往会对器件的坚固性有要求，因此实际器件坚固性的指标必须像图6那样大大越数据表中的SOA[4]，才能具备市场竞争力。因此，研究IGBT的动态雪崩问题，往往要针对过流、低栅阻、大杂散电感(可诱生过压)、非箝位感性开关(UIS)(可产生高于额定电压的高压)和短路(高压及过流同时存在且维持数μs至10μs时间)等条件展开。
