什么是IGBT？它的工作原理是什么？IGBT是元器件家族的成員之一，有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大;MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導通壓降大，載流密度小。那么，IGBT是如何完成開關(guān)過程的?

IGBT的開關(guān)過程主要是由柵極電壓VGE控制的，由于柵極和發(fā)射極之間存在著寄生電容艮，因此IGBT的開通與關(guān)斷就相當于對CGE進行充電與放電。假設(shè)IGBT初始狀態(tài)為關(guān)斷狀態(tài)，即VGE為負壓VGC-，后級輸出為阻感性負載，帶有續(xù)流二極管。由于寄生參數(shù)以及負載特性的影響，IGBT的實際開通與關(guān)斷過程比較復(fù)雜，如圖1為IGBT的開通關(guān)斷過程示意圖，圖中柵極驅(qū)動波形較為理想化，集電極電流以及集電極—發(fā)虧射極電壓的波形大致上是實際波形，只有細節(jié)被理想化。

1. 開通時間ton

開通時間還可以分為兩個部分：開通延遲時間td(on)與上升時間tr，在此時間內(nèi)IGBT主要工作在主動區(qū)域。

當柵極和發(fā)射極之向被加上一個階躍式的正向驅(qū)動電壓后，便對CGE開始充電，VGE開始上升，上升過程的時間常數(shù)由CGE和柵極驅(qū)動網(wǎng)路的電阻所決定，一旦’VGE達到開啟電壓VGE(th)后，集電極電流Ic則開始上升。從VGE上升至VGE(th)開始，到IC上升至負載電流IL的10%為止，這段時間被定義為開通延遲時間td(on)。

此后，集電極電流Ic持續(xù)上升，到Ic上升至負載電流IL的90%的時候，這段時間稱為上升時間tr。開通延遲時間td(on)與上升時間tr之和被為開通時間ton。在整個開通時間內(nèi)，可以看出電流逐漸上升而集電極—發(fā)射極之間的壓降仍然十分可觀，因此主要的開通損耗產(chǎn)生于這一時間內(nèi)。

2. IGBT導通

IGBT導通時，主要工作在飽和區(qū)域。

IGBT開通后，集電極電流Ic仍然會繼續(xù)上彝，并產(chǎn)生一個開通電流峰值，這個峰值是由阻感性負載及續(xù)流二極管共同產(chǎn)生的，峰值電流過大可能會損耗IGBT。Ic在達到峰值之后會逐步下降至負載電流Ic的水平，與此同時，VCE也下降至飽和壓降水平，ICBT進入相對穩(wěn)定的導通階段。在這個階段中的主要參數(shù)是由負載確定的通態(tài)電流IL以及一個較低的飽和壓降VCEsat，可以看出，工作在飽和區(qū)的IGBT的損耗并不是特別大。

3. 關(guān)斷時間toff

同開通時間ton一樣，關(guān)斷時間toff也可以分為兩段：關(guān)斷延遲時間td(off)，以及下降時間tf。

當柵極和發(fā)射極之間的正向電壓被突然撤銷并同時被加上一個負壓后，VCE便開始下降。下降過程的時間常數(shù)仍然由輸入電容CGE和柵極驅(qū)動回路的電阻所決定。同時，VCE開始上升。但只要VCE小于VCC，則續(xù)流二極管處于截止狀態(tài)且不能接續(xù)電流。所以，IGBT的集電極電流Ic在此期間并沒有明顯的下降。因此，從柵極—發(fā)射極電壓VCE降落到其開通值的90%開始，直到集電極電流下降至負載電流的90%為止;這一段時間被定義為關(guān)斷延遲時間td(off)。

一旦上升的IGBT的集電極—發(fā)射極電壓超過工作電壓VCC時，續(xù)流二極管便處于正向偏置的狀態(tài)下，負載電流便可以換流至續(xù)流二極管，集電極電流也因此下降口從集電極電流IC由負載電流k的90%下降至10%之間的時間稱為下降時間tf。從圖1中可以看出，在IC下降的同時，VCE會產(chǎn)生一個大大超過工作電壓Vcc的峰值，這主要是由負載電感引起的，其幅度與IGBT的關(guān)斷速度呈線性關(guān)系。峰值電籮過高可能會造成IGBT的損壞。

關(guān)斷延遲時間，與下降時間tf 之和稱為關(guān)斷時間toff。

4. 拖尾時間、拖尾電流

相比于MOSFET，IGBT采用一種新的方式降低了通態(tài)損耗，但是這一設(shè)計同時引發(fā)了拖尾電流It，拖尾電流持續(xù)衰減至關(guān)斷狀態(tài)漏電流的時間稱為拖尾時間tt，拖尾電流嚴重的影響了關(guān)斷損耗，因為在這段時間里，VCE已經(jīng)上升至工作電壓VCC以上。拖尾電流的產(chǎn)生也告訴我們，即使在柵極給出了關(guān)斷信號，IGBT也不能及時的完全關(guān)斷，這是值得注意的，在設(shè)計驅(qū)動時要保證兩個橋臂的驅(qū)動波形有足夠的死區(qū)。以上就是IGBT的一些描述，主要是它完成開關(guān)過程。