IGBT 功率模塊的開關(guān)特性是由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的寄生電容和內(nèi)部和外接的電阻決定的。在理想狀態(tài)我們只需要一個(gè)零功率的電壓信號加在MOS 基極，就可以啟動(dòng)開關(guān)。但在實(shí)際中在元器件內(nèi)部電容存儲的電荷必須釋放，所以 需要一個(gè)相同開關(guān)頻率的驅(qū)動(dòng)功率信號。另外，換流過程也受到寄生電感的影響。寄生電感存在于模塊的端口回路中以及模塊內(nèi)部，以及連接晶體管芯片的連接線中。

然而，這些參數(shù)只能有限制的被用來計(jì)算IGBT 的開關(guān)特性。例如，在晶體管開通的狀態(tài)下(VCE < VGE)輸入和反饋電容增加很大。所以，在數(shù)據(jù)文件中給出了柵極電量曲線，它可以用來近似計(jì)算開關(guān)時(shí)間和柵極需求。

IGBT 的開關(guān)特性可以被看成只有感性電阻負(fù)載的硬性開通和關(guān)斷。也就是說，負(fù)載的時(shí)間常數(shù)L/R 遠(yuǎn)比開關(guān)的周期1/f 要大。圖描述了集電極電流和集電極-發(fā)射極電壓同柵極控制電壓VGE 的關(guān)系。圖描述了在硬性開通和關(guān)斷時(shí)，工作點(diǎn)的移動(dòng)，ic = f(vCE)。因?yàn)楣β?a href="http://m.makelele.cn/tags/mosfet/" target="_blank">MOSFET同IGBT 在這點(diǎn)上只有很小偏差，如圖是這兩種元器件的解釋。

硬性開關(guān)的特點(diǎn)就是，在開通或關(guān)斷很短的時(shí)間內(nèi)，晶體管的電流和電壓升高，因?yàn)樵谪?fù)載回路中，續(xù)流二極管阻止了因?yàn)殡姼卸a(chǎn)生的電流突變。

在晶體管開通時(shí)，續(xù)流二極管只有在負(fù)載電流完全地?fù)Q流到晶體管后，才能開始承受截止電壓（關(guān)斷）。因此，集電極電流必須先達(dá)到負(fù)載電流的幅度，然后才是集電極-發(fā)射極電壓降落到通態(tài)壓降值。

在晶體管關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管只有在它的極性為正扁后，才開始接續(xù)負(fù)載電流（開通）。這一條件的出現(xiàn)要求在集電極-發(fā)射極電壓先達(dá)到換流電壓的水平。

通過被動(dòng)的緩沖網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)在很少使用?）能使工作點(diǎn)緊靠坐標(biāo)軸。開關(guān)損耗被從晶體管轉(zhuǎn)移到緩沖電路，大部分整體效率會下降。除了受電流和電壓以及開關(guān)時(shí)間限制外，晶體管的工作點(diǎn)移動(dòng)還受到其他各種（非理想性的）因素的影響。所以，在數(shù)據(jù)文件中給出了適用于不同運(yùn)行狀態(tài)下安全運(yùn)行區(qū)域（SOA）。

除了晶體管和二極管的非理想性特性的影響，電流回路中一些被動(dòng)元器件也會對功耗和工作點(diǎn)的移動(dòng)造成很大影響。

如圖所示，在IGBT開通后的數(shù)十納秒內(nèi)，集電極-發(fā)射極電壓會迅速下降到某一數(shù)值，該數(shù)值對應(yīng)了n-區(qū)的電壓降。最后n-區(qū)充滿了p 集電極的正載流子。經(jīng)過幾百納秒到幾微秒IGBT 的動(dòng)態(tài)飽和電壓VCE(sat)dyn 降到通態(tài)壓降值VCE(sat)。

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開通：0 到t1 時(shí)間段 (晶體管截止?fàn)顟B(tài))

隨著開通柵極電壓，柵極電流iG開始流動(dòng)。在達(dá)到電荷量QG1 之前，電流iG對柵極電容CGE 充電，柵極-發(fā)射極電壓VGE 按照一個(gè)時(shí)間常數(shù) 上升，這個(gè)時(shí)間常數(shù)時(shí)由IGBT 的輸入電容和柵極控制回路的電阻決定的。因?yàn)殡妷篤GE 小于門限電壓VGE(th)，所以在這個(gè)時(shí)間段沒有集電極電流。

開通：t1 到t2 時(shí)間段 (集電極電流上升)

在達(dá)到門限電壓VGE(th) (t1)后，集電極電流開始上升，同樣，IGBT 的電壓VGE 也上升，因?yàn)樵谥鲃?dòng)工作區(qū)中，它同電流和電流上升率的關(guān)系為IC = gfs · VGE。這種狀態(tài)一直到t2 時(shí)刻，VGE1 = IC/gfs (時(shí)刻 t2)。因?yàn)橹钡絫2 時(shí)刻續(xù)流二極管才關(guān)閉，所以在t2 時(shí)刻以前，VCE 不會降到額定值。在t2 時(shí)刻在基極的存儲的電量為電量QG2。IGBT 所產(chǎn)生的大部分損耗出現(xiàn)在這個(gè)時(shí)間段中，因?yàn)楫?dāng)電流iC 小于負(fù)載電流IL時(shí)，必須有一部分電流流過續(xù)流二極管，而這時(shí)的集電極-發(fā)射極電壓vCE 還沒有在驅(qū)動(dòng)電壓VCC 的條件下，下降到額定值。圖給出了電壓VCC 和VCE 偏差，這個(gè)偏差主要是由IGBT 和換流回路中的寄生電感上的壓差所引起的。

開通：t2 到t3 時(shí)間段 (晶體管在主動(dòng)區(qū)域開通，平坦區(qū))

隨著續(xù)流二極管的關(guān)斷，電壓VCE 開始下降。到t3 時(shí)刻已接近通態(tài)壓降VCE(sat)。在t2 到t3 時(shí)間段中，集電極電流同柵極控制電壓還保持轉(zhuǎn)移率的關(guān)系，所以電壓vGE幾乎保持一個(gè)固定值。在電壓vCE 下降過程中基極電流向米勒電容CCG充電，充電量為(QG3-QG2)。在t3 時(shí)刻在基極的電荷量為QG3。經(jīng)過換流全部負(fù)載電流IL流過IGBT 時(shí)，續(xù)流二極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。因?yàn)槔m(xù)流二極管的延遲時(shí)間，在續(xù)流二極管進(jìn)入截止時(shí)，IGBT 的集電極電流iC 還會保持上升，使二極管的反向電流IRRM超過電流IL。這使二極管中的截止延遲電荷量Qrr 下降。

開通：t3 到t4 時(shí)間段 (飽和區(qū))

IGBT 在t3 時(shí)刻被完全開通，它的工作點(diǎn)通過了主動(dòng)區(qū)開始進(jìn)入飽和區(qū)。電壓VGE同電流IC 不再通過轉(zhuǎn)移率gfs 有聯(lián)系。此時(shí)，柵極增加的電荷量(QGtot -QG3)使柵極電壓進(jìn)一步上升，只至達(dá)到VGG。集電極-發(fā)射極電壓VCE 雖然快速上升，但還沒有達(dá)到它的穩(wěn)定導(dǎo)通值VCEsat。它根據(jù)電壓VGG 和電流 IC 的大小，同n-漂移區(qū)的載流子一起，一般需要幾百納秒或幾微秒時(shí)間來調(diào)整。這個(gè)達(dá)到動(dòng)態(tài)飽和VCE(sat)dyn = f(t)的時(shí)間，就是（雙極的）過溢的載流子（導(dǎo)通離子）通過IGBT n-漂流區(qū)所必須的時(shí)間。

關(guān)斷

我們可以把關(guān)斷時(shí)理解成開通的反向工作流程形式，在基極的電荷QGtot 必須通過控制電流釋放掉。首先內(nèi)部電容釋放電荷，這些電荷在流通區(qū)域內(nèi)被清除。所以，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，中性干擾會很快被消除，集電極電流在開始階段下降很快。當(dāng)發(fā)射極電流在n 區(qū)被關(guān)斷后，n 漂移區(qū)內(nèi)還有大量由IGBT 集電極注入的p 載流子。它們必須通過再結(jié)合或者反注入的方式被清除。這就產(chǎn)生了集電極的拖尾電流。這個(gè)拖尾電流會同加在集電極-發(fā)射極電壓有幾微秒的重合，它就決定了IGBT 作為硬性開關(guān)的功率損耗的形狀和長度。

圖中給出了在關(guān)斷后電壓vCE 產(chǎn)生上沖并超過電壓VCC，造成的主要原因是換流電路內(nèi)的寄生感應(yīng)電感和IGBT 在關(guān)閉時(shí)增加的電流變換率dic/dt。當(dāng)晶體管構(gòu)成的開關(guān)同理想的硬性開關(guān)相差越大（比如在換流電路中的感應(yīng)元素），基極-發(fā)射極電壓波形的臺階就越模糊。在用續(xù)流二極管構(gòu)成的硬性開關(guān)特性是非常復(fù)雜的。

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