IGBT吸收電容是什么？IGBT關(guān)斷機(jī)理詳解！

本文中，小編將對(duì)IGBT予以介紹，如果你想對(duì)它的詳細(xì)情況有所認(rèn)識(shí)，或者想要增進(jìn)對(duì)它的了解程度，不妨請(qǐng)看以下內(nèi)容哦。

一、IGBT關(guān)斷機(jī)理詳解

IGBT 結(jié)構(gòu)等同于n 溝道MOSFET與pnp晶體管構(gòu)成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu), MOSFET 的漏極與pnp晶體管的基極相連。等效電路和基本結(jié)構(gòu)圖如下

IGBT的關(guān)斷波形如下圖所示，大致分為三個(gè)階段：①關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)；②關(guān)斷過程中電壓上升到10%到電流下降到90%時(shí)間Δt；③關(guān)斷下降時(shí)間tf。

IGBT關(guān)斷時(shí)間表達(dá)式為

toff=td(off)+Δt +tf

ICE=IMOS+IC(BJT)=Ids+Ice

BJT 是一種電流控制型器件, 發(fā)射極e和集電極c傳導(dǎo)的工作電流受基極b引入的較小電流的控制, 如等效電路所示, BJT受MOSFET漏極電流控制. 在IGBT關(guān)斷td(off)和Δt 程中, MOSFET 的門極電壓Vgs減小至Miller平臺(tái)電壓Vmr, 漏源電壓Vds增大至Vds(max), 而漏源電流Ids保持不變. 由于Ib=Ids, BJT的集射極電流Ice受Ib控制, 所以,在IGBT關(guān)斷td(off)和Δt過程中, Ice電流仍然保持不變, 如上圖所示. 由上式ICE等式可知, IGBT的集射極電流ICE保持不變. 可見, IGBT關(guān)斷td(off) 和Δt 過程為MOSFET 行為, 所以關(guān)斷延遲時(shí)間td(off) 和Δt如下：

td(off)=RG(CGS+CGD)*ln[gfsVGH/(gfsVGS(th)+Ids(max)]

Δt =((VDM?Von)gfsRGCGD)/(Ids(max)+gfsVGS(th))

其中, RG為柵極驅(qū)動(dòng)電阻, CGS和CGD為柵源和柵漏電容, gfs為柵源跨導(dǎo), VGH為柵控電壓, VGS(th)為閾值電壓, Ids(max)為溝道電流的最大值, VDM為漏源電壓最大值, Von為MOSFET導(dǎo)通壓降。

由上面兩個(gè)式子可知，IGBT關(guān)斷td(off)和Δt時(shí)間由MOSFET固有參數(shù)決定. 所以對(duì)于確定的IGBT來說, td(off) 和Δt時(shí)間也是確定不變的，IGBT的關(guān)斷時(shí)間toff的變化由電流下降時(shí)間tf決定。為了使IGBT從正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)入正向阻斷狀態(tài), 必須首先通過外電路對(duì)柵電容放電, 使柵電壓下降到MOSFET的開啟電壓Vth以下, 這時(shí), 溝道反型層消失, 溝道電流IMOS迅速下降為零。

如下圖

溝道關(guān)斷后，器件電流幾乎在瞬時(shí)從I0下降到I1，這一過程稱為階段I；階段I結(jié)束后，n?區(qū)的過剩載流子空穴將通過復(fù)合消失，這一過程稱為階段II。 因此，IGBT關(guān)斷后，電流下降時(shí)間由兩部分組成，階段I電流ΔI下降時(shí)間和階段II電流I1下降時(shí)間。階段I過程在瞬間發(fā)生，時(shí)間非常短，而階段II，n?區(qū)過剩載流子空穴復(fù)合過程較慢, 因此，會(huì)引起IGBT關(guān)斷過程拖尾電流現(xiàn)象。所以IGBT的關(guān)斷電流下降時(shí)間tf主要由階段II電流下降時(shí)間決定。而階段II電流下降時(shí)間即為n?區(qū)過剩載流子復(fù)合所需時(shí)間。

二、IGBT吸收電容是什么

（一）定義

IGBT吸收電容是指IGBT器件在開關(guān)過程中能夠吸收和儲(chǔ)存的能量的大小和特性。它是IGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)中耦合電容的一種表現(xiàn)形式，用于穩(wěn)定和調(diào)整電流和電壓波動(dòng)，保護(hù)IGBT器件和電路的安全運(yùn)行。

（二）IGBT吸收電容的影響與應(yīng)用

1. 對(duì)開關(guān)特性的影響

IGBT吸收電容的大小和特性會(huì)直接影響IGBT的開關(guān)特性。適當(dāng)大小的吸收電容可以減小開關(guān)過程中的電流和電壓波動(dòng)幅度，降低開關(guān)損耗和電磁干擾。然而，過大的吸收電容也會(huì)增加電路的復(fù)雜性和成本。

2. 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的影響

在IGBT的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，需要充分考慮IGBT吸收電容的影響。合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路中的電阻、電感等元件參數(shù)以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形和時(shí)序等因素可以優(yōu)化IGBT的開關(guān)性能并降低開關(guān)損耗。

3. 對(duì)電路穩(wěn)定性的影響

IGBT吸收電容在電路中起到了穩(wěn)定和調(diào)整電流和電壓波動(dòng)的作用。它可以有效抑制電路中的過電壓和過電流現(xiàn)象的發(fā)生，保護(hù)IGBT器件和電路中的其他元件免受損害。同時(shí)，它還可以提高電路的抗干擾能力和可靠性。

4. 應(yīng)用場景

IGBT吸收電容廣泛應(yīng)用于各種需要高功率和高速開關(guān)的電路中。例如，在變頻器中，IGBT吸收電容可以保護(hù)IGBT器件免受開關(guān)過程中產(chǎn)生的過電壓和過電流的沖擊；在太陽能/風(fēng)力發(fā)電變流器中，它可以穩(wěn)定輸出電壓和電流波形并提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

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