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IGBT关断特性分析 IGBT关断特性分析 　　【摘 要】本文以IGBT的物理模型为研究对象，详细分析IGBT关断过程中门-射极电压、门极电流及集电极-射极电压、集电极电流的各种行为情况；并以英飞凌的IGBT参数为依据，建立IGBT的仿真测试模型，分析门-射极电压、门极电流及集电极-射极电压、集电极电流的情况，与理论分析对比表明结果很好的吻合在一起，为进一步的应用IGBT提供参考。 　　【关键词】IGBT原理；IGBT关断特性分析 ；IGBT模型 　　【Abstract】Based on physics model of IGBT， the paper studied IGBT’s turn-off behavior of gate- emitter voltage ， gated current and collector- emitter voltage ， collector current . and established Simulink model of IGBT on infineon production ， analysised behavior of gate- emitter voltage gated current and collector- emitter voltage ， collector current ， the same as the theory . produced theoretical reference for future. 　　【Key words】IGBT theory； IGBT turn-off behavior；IGBT’s model PNP晶体管的电流放大倍数，由于它远小于1，所以晶体管集电极电流分量ICP比MOSFET电流分量IMOS要小。通常工况下，PNP晶体管不会处于深饱和状态。 　　图1（b）中所示的三个电容是器件内部的寄生电容，容值随着器件工况而变化。图2给出了这几个寄生电容的物理描述[1]，也给出了相应的电路元件和电流路径。门-集电容CGC是米勒电容，是由门极和N-漂移区之间的耗尽层形成的。在IGBT导通时，N-漂移区与门极氧化物毗邻的部分处于电荷积累的条件，CGC的值较大；而当VCE增大时，积累条件被削弱，CGC减小。CGE代表门极和沟道之间门极氧化物的门-射电容，它的值通常是恒定的，而且较大。集-射电容CCE是关断时结J2处的耗尽层电容，它的大小实际上代表了通态时漂移区内储存的电荷的多少。 　　1.1 IGBT的关断 　　1.1.1 关断第一阶段：门极电压下降 　　关断过程从VGG下降（从VG+到VG-）的时刻开始。门极电流IG从门极流向门极驱动电路，门极电容（CGC+CGE）放电，门极电压VGE按指数规律下降，达到平台电压VM，如下式所示[1-2]： 　　1.1.2 关断第二阶段：电压上升 　　第二阶段始于t7时刻，此时VGE到达稳定的平台值，该值的大小依赖于集电极电流。理想条下，它与开通时门极电压平台的值相同。门极电流IG仅流经米勒电容CGC，对其持续放电，导致集电极电压VCE逐步上升。如图3所示，VCE的上升分为两个明显的部分――开始的低速率部分和随后的稳定高速率部分。 　　强烈的米勒效应就发生在这个阶段。米勒电容的特性曲线有明显的拐点，其值在低集电极电压的时候较高，在高集电极电压的时候较低。因此，在VCE最初上升的时候，由于CGC的值较大，dVCE/dt较低。当VCE增长到超过某个特定值时（与器件额定电压有一点关系，例如对于1700V/400A的IGBT来说，该值约为20V），CGC开始骤减至小得多的值，导致dVCE/dt快速增加，VCE达到VDC。 　　第二阶段极为重要，因为只有在这个阶段门极驱动电路才能够实现对IGBT关断电压的控制。降低门极电压可以使MOS沟道变窄，限制进入漂移区的电子。通过减少发射极提供的电子并维持恒定的集电极电流，就能够消除门极下方积累层和N-漂移区中存储的电荷。米勒电容是门极和N-漂移区之间耗尽层电容Cdep与氧化物电容Cox的串联。起初，积累层放电，耗尽层尚未延伸至这个区域，所以Cdep的值较大，CGC的值主要由Cox决定。在t8时刻附近，当积累层消失的时候，结J2附近的耗尽层扩展，器件电压迅速升高。于是，Cdep的值大幅度下降，从而CGC的值也大幅度下降。由于通态时器件中存储了大量电荷，耗尽层和电压增长的初始过程是很慢的，但当米勒电容和存储电荷减少时，这个过程迅速加快。于是，第二阶段中电压上升主要受两方面控制：一是通态时IGBT中存储电荷的多少，一是门极驱动电路限制MOS沟道的效率。说到底，还是MOS沟道的衰减速度决定了消除存储电荷的速率，从而决定了耗尽层扩展和器件电压上升