IGBT的基本特性解析

IGBT的输出特性类似于BJT。图1-20是2MBI100-060型IGBT模块在壳温T_C为25℃时的输出特性。由图可见，栅极-发射极电压越低时，IGBT的饱和导通压降越高，损耗越大，因此栅极控制电压U_GE应该在15～20V之间。此外，IGBT的输出特性还与温度有关，温度升高时，集电极-发射极饱和压降也随着升高。

1.4.4.1 IGBT的静态伏安特性

图1-21 IGBT静态伏安特性

IGBT的静态伏安特性是指栅极驱动电压为某一值时，IGBT的集电极电流I_C与集电极-发射极电压U_CE之间的关系曲线。图1-21所示为IGBT的静态伏安特性，通常它可分为饱和区、线性放大区、正向阻断区和正向击穿区四个部分。在集电极-发射极电压U_GE不变时，集电极电流的变化与栅极驱动电压U_GE有关。U_GE越大，I_C也越大。当IGBT导通时，IGBT应工作于饱和区内。当IGBT在关断状态下时，IGBT应工作在正向阻断区内。此时集电极-发射极电压的最大值不应该超过击穿电压U_BR。

1.4.4.2 IGBT的转移特性

图1-22 转移特性

IGBT的转移特性表示了集电极电流I_C与栅极电压U_GE之间的关系，如图1-22所示。由图1-22可见，栅极电压U_GE与I_C在大部分情况下接近线性关系。只有在门槛电压U_GE（th）附近时呈非线性特性。当U_GE小于U_GE（th）时，IGBT处于关断状态。当U_GE＞U_GE（th）时，IG-BT的集电极电流随着U_GE的增加而变大；由于U_GE对I_C有控制作用，所以最高栅极驱动电压受最大集电极电流限制，一般最佳值在15V左右。此外，IGBT的转移特性还受温度影响，由于受到IGBT内部电导调制作用的影响，在U_GE不变的条件下，温度越高，集电极电流越小。

1.4.4.3 IGBT的开关特性

IGBT的开关特性主要包括两个方面：一是开关速度，主要指标是开关过程中各部分的时间；另一个是开关过程中的损耗。IGBT开关特性波形如图1-23所示。

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图1-23 IGBT开关特性波形

如图1-23所示，整个IGBT的开关过程可由七个时间段的工作状态解释。它们分别为

（1）开通延迟时间t_d（on）：IGBT产生开通信号到集电极电流I_C上升至导通幅值10%时所经过的时间；

（2）电流上升时间t_r：I_C从导通时的10%到90%所需的时间；

（3）开通时间t_on：从产生开通信号到器件完全导通的时间，t_on=t_d（on）+t_r；

（4）二极管反向恢复时间t_rr；

（5）关断延迟时间t_d（off）：栅极驱动电压U_GE下降到90%时到集电极电流I_C下降到90%为止所经过的时间；

（6）电流下降时间t_f：导通电流幅值的90%下降到10%时所需的时间；

（7）关断时间t_off：从关断信号产生到IGBT关断（I_C下降到幅值10%）的时间，t_off=t_f+t_d（off）。

IGBT的开关过程并不是瞬间完成的，而是需要一定的时间。由图1-23可见，开通时，IGBT的集电极-发射极电压U_CE与集电极电流I_C存在重叠时间。在这段时间内，由于U_CE、I_C均不为零，其乘积的积分就为IGBT的开通损耗E_on；IGBT在关断过程中承受的电压U_CE与集电极电流I_C也存在重叠时间。在关断时间内，对U_CE、I_C乘积的积分称为IGBT的关断损耗E_off。