IGBT膝電壓是什么？IGBT開通延遲過程詳解

在這篇文章中，小編將為大家?guī)?a href="/tags/IGBT" target="_blank">IGBT的相關(guān)報(bào)道。如果你對(duì)本文即將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、IGBT開通延遲過程

1、IGBT柵極電容的組成

Ciss= CGE+ CGC 輸入電容

Coss= CGC+ CEC 輸出電容

Crss= CGC 米勒電容

下面是比較詳細(xì)的電容分布

對(duì)于IGBT 器件，柵極電容包括四個(gè)方面電容，如上圖所示:

(1)柵極—發(fā)射極金屬電容C1

(2)柵極—N + 源極氧化層電容C2

(3)柵極—P 基區(qū)電容Cgp，Cgp由C3，C5構(gòu)成;

(4)柵極—集電極電容Cgc，Cgc由C4，C6構(gòu)成。其中，柵極—發(fā)射極電容( 也稱為輸入電容) 為Cge = C1 + C2 + Cgp，柵極—集電極電容( 也稱為反向傳輸電容或密勒電容) 為Cgc。此外，Cgp隨柵極電壓的變化而變化，Cgc隨IGBT 集射極電壓的變化而變化。電容Cgp的變化趨勢(shì)如下圖 所示。因此，Cgp隨著電壓的增加，其電容值先減小，隨著電壓的進(jìn)一步增加，其大小又逐漸增加，并達(dá)到穩(wěn)定值。

2、開通延時(shí)過程中驅(qū)動(dòng)回路等效電路

由于在IGBT 集電極電流上升之前， IGBT 仍然處于關(guān)斷狀態(tài)，柵極電壓的變化量相對(duì)于IGBT的阻斷電壓可以忽略不計(jì)。因此，柵極電壓的上升過程對(duì)于柵極—集電極電容( Cgc) 及其電荷量的影響可以忽略不計(jì)，因此開通延時(shí)階段的充電過程只針對(duì)電容C1、C2和Cgp。因此，結(jié)合驅(qū)動(dòng)回路的等效電路，可以得到上述充電過程中驅(qū)動(dòng)回路的等效電路如下圖所示

其中Vg為柵極驅(qū)動(dòng)板輸出電壓，Ｒg為驅(qū)動(dòng)電阻，Cin為驅(qū)動(dòng)板輸出端口電容，Ｒs和Ls分別為驅(qū)動(dòng)回路寄生電阻和寄生電感。柵極電壓開始上升一段時(shí)間后達(dá)到閾值電壓，集電極電流開始上升，這個(gè)過程也稱之為開通延遲，一般我們表示為td(on)。

基于上述分析可知，柵極電壓在到達(dá)閾值電壓之前，輸入電容并不是恒定值，而是有一個(gè)由大逐漸變小，再逐步增大的過程。因此，在IGBT 開通過程中，驅(qū)動(dòng)回路并不是給恒定電容充電。下圖是開通過程?hào)艠O電壓上升趨勢(shì)

二、IGBT膝電壓

膝電壓是指在IGBT導(dǎo)通狀態(tài)下，集電極與發(fā)射極之間的電壓降，通常以Vce(sat)表示。在IGBT的工作過程中，膝電壓是導(dǎo)通階段IGBT的主要損耗之一，其大小直接影響著器件的效率和性能特點(diǎn)。因此，正確地理解和處理膝電壓是確保IGBT正常工作和提高轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵之一。

膝電壓的大小與多個(gè)因素有關(guān)。首先是IGBT的設(shè)計(jì)和制造工藝。采用不同的工藝和材料選擇可能導(dǎo)致不同的膝電壓水平。其次是工作溫度。溫度上升會(huì)增加載流子的熱激活能量，減小導(dǎo)電通道的電阻，進(jìn)而減小膝電壓。此外，由于控制端電流的不足或者IGBT內(nèi)部不均勻的電流分布，也會(huì)導(dǎo)致膝電壓的增加。IGBT的膝電壓對(duì)其性能和應(yīng)用有重要影響。首先，膝電壓影響著IGBT的開關(guān)速度。在IGBT切換過程中，膝電壓會(huì)導(dǎo)致能量損耗，影響開關(guān)速度和效率。當(dāng)膝電壓較高時(shí)，即使控制端施加較高的電壓，導(dǎo)通過程仍然存在較大的電阻，導(dǎo)致開關(guān)速度變慢。其次，膝電壓對(duì)IGBT的損耗和散熱也有直接影響。膝電壓愈高，能耗和損耗也愈大，散熱效果也較差。此外，膝電壓還會(huì)影響IGBT的電流承受能力和耐壓能力。為了降低膝電壓，IGBT的制造技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都在不斷改進(jìn)。例如，采用一些高壓大電流IGBT芯片并行的方式，將電流分擔(dān)到多個(gè)芯片中，從而減小膝電壓和功耗。此外，設(shè)計(jì)師們還通過改變材料配比、改良導(dǎo)電通道結(jié)構(gòu)等方法來改進(jìn)IGBT的特性，以降低膝電壓和提高工作效率。

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