提示：

1．靜態(tài)特性 IGBT的靜態(tài)特性主要包括轉(zhuǎn)移特性和輸出特性。 1)轉(zhuǎn)移特性 用來描述IGBT集電極電流iC與柵一射電壓UGE之間的關(guān)系，如圖2.18(a)所示。它與功率MOSFET的轉(zhuǎn)移特性類似。開啟電壓UGE(th)是IGBT能實現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵一射電壓。 2)輸出特性 輸出特性也稱伏安特性，描述以柵射電壓為參變量時，集電極電流iC與集

    1．靜態(tài)特性

    IGBT的靜態(tài)特性主要包括轉(zhuǎn)移特性和輸出特性。

    1) 轉(zhuǎn)移特性

    用來描述IGBT集電極電流iC與柵一射電壓UGE之間的關(guān)系，如圖2.18(a)所示。它與功率MOSFET的轉(zhuǎn)移特性類似。開啟電壓UGE(th)是IGBT能實現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵一射電壓。

    2) 輸出特性

    輸出特性也稱伏安特性，描述以柵射電壓為參變量時，集電極電流iC與集一射極間電壓UCE之間的關(guān)系。

    它與GTR的輸出特性類似，不同的是控制變量，IGBT為柵一射電壓UGE，而GTR為基極電流IB。IGBT的輸出特性分為3個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)，如圖2.18(b)所示，與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對應(yīng)。當(dāng)UCE<0時，IGBT為反向阻斷狀態(tài)。在電力電子電路中，IGBT在開關(guān)狀態(tài)工作，在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間轉(zhuǎn)換。

    圖2.18    IGBT的靜態(tài)特性

    2．動態(tài)特性

    IGBT的動態(tài)特性包括開通過程和關(guān)斷過程，如圖2.19所示。

    圖2.19    IGBT的開通與關(guān)斷過程

    1）開通過程

    IGBT的開通過程與功率MOSFET的開通過程相類似，這是因為IGBT在開通過程中大部分時間是作為功率MOSFET運行的。開通時間由4部分組成：一段是從外施柵極脈沖UGM由負(fù)到正跳變開始，到柵一射電壓充電到UT的時間（對應(yīng)t1-t0）的開通延遲時間td。另一段是集電極電流從零開始，上升到90%穩(wěn)態(tài)值的時間（t2-t1），稱電流上升時間tr。在這兩段時間內(nèi)，集一射極間電壓UCE基本不變。t=t2以后，集一射極電壓UCE開始下降，UCE的下降過程分為tvf1和tvf2兩段。下降時間tvf1是MOSFET單獨工作時集一射極電壓下降時間（t3-t2），tvf2是功率MOSFET和PNP晶體管同時工作時集一射極電壓下降時間（t3-t4），由于UCE下降時，IGBT中功率MOSFET的柵、漏電容增加，而且IGBT中的PNP晶體管由放大狀態(tài)轉(zhuǎn)入飽和狀態(tài)也需要一個過程，因此tvf2段電壓下降過程變緩。只有在tvf2段結(jié)束時，IGBT才完全進入飽和狀態(tài)。所以，總開通時間ton=td+tr+tvf1+tvf2。

    2) 關(guān)斷過程

    欲使IGBT關(guān)斷時，給柵極施加反向脈沖電壓-UGM，在此反向電壓作用下，內(nèi)部等效MOSFET輸入電容放電，內(nèi)部等效GTR仍然導(dǎo)通，f5~t6時間內(nèi)，集電極電流、電壓無明顯變化，這段時間定義為存儲時間ts。t6時刻后，MOSFET開始退出飽和，器件電壓隨之上升，PNP管集電極電流無明顯變化。t7時刻UCE上升到接近UCM，t6～t7這段時間稱電壓上升時間tvr。之后，功率MOSFET退出飽和，GTR基極電流下降，集電極電流減小，從柵極電壓+UGE的脈沖后沿下降到其幅值的90%的時刻起，到集電極電流下降至90%ICM止（約為t5～t7），這段時間為關(guān)斷延遲時間td(OFF)。此后，UGE繼續(xù)衰減，到t8時刻，UGE下降到UT，MOSFET關(guān)斷，PNP管基極電流為零，集電極電流下降到接近于零。集電極電流從90%ICMT降至10%ICM的這段時間為電流下降時間tif。由于晶體管內(nèi)部存儲電荷的消除還需要一定時間，因此f=t8以后還有一個尾部時間tt，這段時間內(nèi)，由于集-射極電壓已經(jīng)建立，會產(chǎn)生較大的損耗。定義t5～t8這段時間為關(guān)斷時間toff，即toff=td(off)+tif=ts+tvf+fif。IGBT內(nèi)部由于雙極型PNP晶體管的存在，帶來了通流能力增大、器件耐壓提高、器件通態(tài)壓降降低等好處，但由于少子儲存現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得IGBT的開關(guān)速度比功率MOSFET的速度要低。