第1章电力半导体器件

1、第一章 电力半导体器件 对应电力二极管，由于要求承受高压，与普通的P-N结不同，其内部 一个N-层，其杂质浓度很低，电阻率很高，通过它实现很高的耐压 能力。 I O IF UTOUFU 3. 比较：比较：1 击穿实质不同：一个是通过碰撞产生载流子；一个是通过击穿实质不同：一个是通过碰撞产生载流子；一个是通过 强电场直接破坏共价键；强电场直接破坏共价键； 2 产生条件不同：齐纳击穿要求高杂浓度，雪崩击穿浓度较低；产生条件不同：齐纳击穿要求高杂浓度，雪崩击穿浓度较低； 3. 联系：发生齐纳击穿一定产生雪崩击穿；而发生雪崩联系：发生齐纳击穿一定产生雪崩击穿；而发生雪崩 击穿则未必发生齐纳击穿。击穿则

2、未必发生齐纳击穿。 热击穿是永久损坏。电击穿发生时，若外电路将反向电流限制在一定热击穿是永久损坏。电击穿发生时，若外电路将反向电流限制在一定 范围内，反向电压降低后范围内，反向电压降低后PN节仍可恢复。若电流未控制住，发生了节仍可恢复。若电流未控制住，发生了 热击穿，则二极管永久损坏。热击穿，则二极管永久损坏。 特点：工艺上多采用掺金措施，结构上多采用PN结型结构。或改进的 PIN型结构，但耐压不高。 Silicon Controlled Rectifier 图图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型双晶体管模型 b) 工作原理工作原理 晶

3、闸管的工作原理晶闸管的工作原理 按照晶体管工作原理，按照晶体管工作原理， 可列出如下方程：可列出如下方程： 111CBOAc III 222CBOKc III GAK III 21ccA III （1-2） （1-1） （1-3） （1-4） 式中式中 1和和 2分别是晶体管分别是晶体管 V1和和V2的共基极电流增益；的共基极电流增益； ICBO1和和ICBO2分别是分别是V1和和V2 的共基极漏电流。的共基极漏电流。 晶体管的特性是：在低发射极电流下晶体管的特性是：在低发射极电流下 是很小的，而当是很小的，而当 发射极电流建立起来之后，发射极电流建立起来之后， 迅速增大。迅速增大。 在晶体管

4、在晶体管阻断状态阻断状态下，下，IG=0，而，而 1+ 2是很小的。由上式是很小的。由上式 可看出，此时流过晶闸管的漏电流只是稍大于两个晶体管可看出，此时流过晶闸管的漏电流只是稍大于两个晶体管 漏电流之和。漏电流之和。 如果注入触发电流使各个晶体管的发射极电流增大以致如果注入触发电流使各个晶体管的发射极电流增大以致 1+ 2趋近于趋近于1的话，流过晶闸管的电流的话，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）（阳极电流）将将 趋近于趋近于无穷大无穷大，从而实现器件，从而实现器件饱和导通饱和导通。 由于外电路负载的限制，由于外电路负载的限制，IA实际上会维持实际上会维持有限值有限值。 )(1 21 CBO2

5、CBO1G2 A III I 由以上式（由以上式（2-1）（2-4）可得）可得 (1-3) 2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 静态特性静态特性 正常工作时的特性正常工作时的特性 当晶闸管承受当晶闸管承受反向电压反向电压时，不论门极是否有触发电流，时，不论门极是否有触发电流， 晶闸管都不会导通晶闸管都不会导通 。 当晶闸管承受当晶闸管承受正向电压正向电压时，仅在时，仅在门极门极有有触发电流触发电流的情的情 况下晶闸管才能开通况下晶闸管才能开通 。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触 发电流是否还存在，晶闸管都保持导通发电流是否还存在，

6、晶闸管都保持导通 。 若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外 电路的作用使流过晶闸管的电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值电流降到接近于零的某一数值 以下以下。 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性 正向特性正向特性 当当IG=0时，如果在器件时，如果在器件 两端施加正向电压，则晶两端施加正向电压，则晶 闸管处于正向闸管处于正向阻断状态阻断状态， 只有很小的正向漏电流流只有很小的正向漏电流流 过。过。 如果正向电压超过临界如果正向电压超过临界 极限即极限即正向转折电压正向转折电压Ubo， 则漏电流急剧增大，器件则漏电流急剧增大，器

7、件 开通开通 。 随着随着门极电流幅值门极电流幅值的增的增 大，大，正向转折电压正向转折电压降低，降低， 晶闸管本身的压降很小，晶闸管本身的压降很小， 在在1V左右。左右。 如果门极电流为零，并如果门极电流为零，并 且阳极电流降至接近于零且阳极电流降至接近于零 的某一数值的某一数值IH以下，则晶以下，则晶 闸管又回到闸管又回到正向阻断正向阻断状态，状态， IH称为称为维持电流维持电流。 图图1-8 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性 IG2 IG1 IG 正向转正向转 折电压折电压 Ubo 正向 导通 雪崩 击穿 O+UA -U A -I A IA IH IG2IG1 IG =0 U bo U

8、DSM U DRM U RRM U RSM + 反向特性反向特性 其伏安特性类似其伏安特性类似二极管二极管的的 反向特性。反向特性。 晶闸管处于反向阻断状态晶闸管处于反向阻断状态 时，只有极小的时，只有极小的反向漏电流反向漏电流通通 过。过。 当反向电压超过一定限度，当反向电压超过一定限度， 到到反向击穿电压反向击穿电压后，外电路如后，外电路如 无限制措施，则反向漏电流急无限制措施，则反向漏电流急 剧增大，导致晶闸管损坏。剧增大，导致晶闸管损坏。 图图1-8 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性 IG2IG1IG 正向正向 转折转折 电压电压 Ubo 正向 导通 雪崩 击穿 O+UA -UA -I

9、 A IA IH IG2IG1 IG =0 Ubo UDSM UDRM URR M U RSM + 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 动态特性动态特性 开通过程开通过程 由于晶闸管内部的由于晶闸管内部的正反馈正反馈 过程过程需要时间，再加上需要时间，再加上外电路外电路 电感电感的限制，晶闸管受到触发的限制，晶闸管受到触发 后，其阳极电流的增长不可能后，其阳极电流的增长不可能 是是瞬时瞬时的。的。 延迟时间延迟时间td (0.51.5 s) 上升时间上升时间tr (0.53 s) 开通时间开通时间tgt=td+tr 延迟时间随延迟时间随门极电流门极电流的增的增 大而减小大而减小,上升时间除反映晶

10、上升时间除反映晶 闸管本身特性外，还受到闸管本身特性外，还受到外电外电 路电感路电感的严重影响。提高的严重影响。提高阳极阳极 电压电压,延迟时间和上升时间都延迟时间和上升时间都 可显著缩短。可显著缩短。 图图2-10 晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形 阳极电流稳阳极电流稳 态值的态值的90% 100% 90% 10% uAK t t O 0 tdtr trrtgr U RRM I RM iA 阳极电流稳阳极电流稳 态值的态值的10% 关断过程关断过程 由于由于外电路电感外电路电感的存在，原的存在，原 处于导通状态的晶闸管当外加处于导通状态的晶闸管当外加 电压突然由正向变为反

11、向时，电压突然由正向变为反向时， 其阳极电流在衰减时必然也是其阳极电流在衰减时必然也是 有过渡过程的。有过渡过程的。 反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgr 关断时间关断时间tq=trr+tgr 关断时间约几百微秒。关断时间约几百微秒。 在在正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间内如果内如果 重新对晶闸管施加重新对晶闸管施加正向电压正向电压， 晶闸管会重新正向导通，而不晶闸管会重新正向导通，而不 是受门极电流控制而导通。是受门极电流控制而导通。 图图2-10 晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形 100% 反向恢复反向恢复 电流最大电流最大 值

12、值 尖峰电压尖峰电压 90% 10% uAK t t O 0 tdtr trrtgr U RRM I RM iA 因此，在实际应用中，应对晶闸管施加足够长的反向电压。 晶闸管门极与阴极之间的PN结J3，其伏安特性 称为门极伏安特性。 3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 电压定额电压定额 断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM 是在门极断路而结温为额定值时，允许是在门极断路而结温为额定值时，允许重复重复加在器件上的加在器件上的正向正向 峰值电压峰值电压（见图（见图1-8）。）。 国标规定断态重复峰值电压国标规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值电压（即为断态不重复峰值电压（即 断态最大

13、瞬时电压）断态最大瞬时电压）UDSM的的90%。 断态不重复峰值电压应低于断态不重复峰值电压应低于正向转折电压正向转折电压Ubo。 反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 是在门极断路而结温为额定值时，允许是在门极断路而结温为额定值时，允许重复重复加在器件上的加在器件上的反向反向 峰值电压峰值电压（见图（见图1-9）。）。 规定反向重复峰值电压规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压（即反向为反向不重复峰值电压（即反向 最大瞬态电压）最大瞬态电压）URSM的的90%。 反向不重复峰值电压应低于反向不重复峰值电压应低于反向击穿电压反向击穿电压。 2.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要

14、参数 通态峰值电压通态峰值电压UTM 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电 压。压。 通常取晶闸管的通常取晶闸管的UDRM和和URRM中较小的标值作为该器件的中较小的标值作为该器件的额定电压额定电压。 选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍倍。 电流定额电流定额 通态平均电流通态平均电流 IT(AV） ） 国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40 C和规定的和规定的冷冷 却状态却状态下，稳定结温不超过额定

15、结温时所允许流过的最大工频正弦半下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半 波电流的平均值。波电流的平均值。 按照正向电流造成的器件本身的通态损耗的按照正向电流造成的器件本身的通态损耗的发热效应发热效应来定义的。来定义的。 一般取其通态平均电流为按发热效应相等（即有效值相等）的一般取其通态平均电流为按发热效应相等（即有效值相等）的 原则来选取晶闸管的电流定额。原则来选取晶闸管的电流定额。 2.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 维持电流维持电流IH 维持电流是指使晶闸管维持导通所必需的维持电流是指使晶闸管维持导通所必需的最小最小电流，电流， 一般为几十到几百毫安。一般为几十到

16、几百毫安。 结温结温越高，则越高，则IH越小。越小。 擎住电流擎住电流 IL 擎住电流是晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号擎住电流是晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号 后，能维持导通所需的后，能维持导通所需的最小最小电流。电流。 约为约为IH的的24倍倍 浪涌电流浪涌电流ITSM 指结温为额定值时，在工频正弦波半周期期间器件能承指结温为额定值时，在工频正弦波半周期期间器件能承 受的最大过载电流，而且紧接浪涌后的半周期内应能承受受的最大过载电流，而且紧接浪涌后的半周期内应能承受 规定的反向电压。规定的反向电压。 动态参数动态参数 开通时间开通时间tgt和关断时间和关断时间tq 断态电压临界上

17、升率断态电压临界上升率du/dt 在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断 态到通态转换的态到通态转换的外加电压最大上升率外加电压最大上升率。 电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管 误导通误导通 。 通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt 在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通最大通 态电流上升率态电流上升率。 如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损 坏。坏。 1.3.2 双向晶

18、闸管双向晶闸管 a)b) I O U IG=0 G T1 T2 双向晶闸管（双向晶闸管（Triode AC SwitchTRIAC或或 Bidirectional triode thyristor） 可以认为是一对可以认为是一对反并联联反并联联 接接的普通晶闸管的集成的普通晶闸管的集成。 门极使器件在主电极的正门极使器件在主电极的正 反两方向均可触发导通，在第反两方向均可触发导通，在第 和第和第III象限有象限有对称的伏安特对称的伏安特 性性。 双向晶闸管通常用在交流双向晶闸管通常用在交流 电路中，因此不用平均值而用电路中，因此不用平均值而用 有效值有效值来表示其额定电流值。来表示其额定电流值

19、。 图图1-11 双向晶闸管的电气图形双向晶闸管的电气图形 符号和伏安特性符号和伏安特性 a) 电气图形符号电气图形符号 b) 伏安特性伏安特性 双向晶闸管的触发方式 双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触 发。主电压与触发电压相互配合，可以得到四种触发方式： + 触发方式：主极T1为正，T2为负；门极电压G为正（对 T2）。特性曲线在第象限。 - 触发方式：主极T1为正，T2为负；门极电压G为负(对T2)。 特性曲线在第象限。 + 触发方式：主极T1为负，T2为正；门极电压G为正(对T2)。 特性曲线在第象限。 - 触发方式：主极T1为负，T2为正；门极电压G为负(对T2)。

20、特性曲线在第象限。 由于双向晶闸管的内部结构原因，四种触发方式中触发灵敏 度不相同，以+ 触发方式灵敏度最低，使用时要尽量避开。 常采用的触发方式为+ 和- 。 +触发灵敏度最高。 1.3.3 光控晶闸管光控晶闸管 A G K a) AK 光强度 强弱 b) OU IA 光控晶闸管（光控晶闸管（Light Triggered Thyristor LTT） 是利用一定波长的是利用一定波长的光光 照信号照信号触发导通的晶闸管。触发导通的晶闸管。 由于采用光触发保证由于采用光触发保证 了主电路与控制电路之间了主电路与控制电路之间 的的绝缘绝缘，而且可以避免电，而且可以避免电 磁干扰的影响，因此光控磁

21、干扰的影响，因此光控 晶闸管目前在晶闸管目前在高压大功率高压大功率 的场合的场合。 图图1-12 光控晶闸管的电气图形符光控晶闸管的电气图形符 号和伏安特性号和伏安特性 a) 电气图形符号电气图形符号 b) 伏安特性伏安特性 1.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管 晶闸管的一种派生器件，但晶闸管的一种派生器件，但 可以通过在门极施加负的脉冲可以通过在门极施加负的脉冲 电流使其关断，因而属于电流使其关断，因而属于全控全控 型器件型器件。 GTO的结构和工作原理的结构和工作原理 GTO的结构的结构 是是PNPN四层半导体结构四层半导体结构。 是一种多元的功率集成是一种多元的功率集成 器件，虽

22、然外部同样引出器件，虽然外部同样引出3个电个电 极，但内部则包含数十个甚至极，但内部则包含数十个甚至 数百个共阳极的数百个共阳极的小小GTO元元，这，这 些些GTO元的元的阴极阴极和和门极门极则在器则在器 件内部件内部并联并联在一起。在一起。 多元集成结构，阴极很小，门、多元集成结构，阴极很小，门、 阴极间距很小，使得阴极间距很小，使得P2基区基区横横 向电阻很小，能从门极抽出较向电阻很小，能从门极抽出较 大电流。大电流。 图图1-13 GTO的内部结构和电气图形符号的内部结构和电气图形符号 各单元的阴极、门极间隔排列的图形各单元的阴极、门极间隔排列的图形 并联单元结构断面示意图并联单元结构断

23、面示意图 电气图形符号电气图形符号 1.4 可关断器件可关断器件 2 GTO的工作原理的工作原理 ：导通过程：导通过程 仍然可以用如左所示的仍然可以用如左所示的双晶体管双晶体管 模型模型来分析来分析 GTOGTO的导通过程与普通晶闸管是一样的，有同样的正反馈过程。的导通过程与普通晶闸管是一样的，有同样的正反馈过程。 1 1 + + 2 2=1是是临界导通条件，当临界导通条件，当 1 1 + + 2 2 1时，两个等效晶时，两个等效晶 体管过饱和而使器件导通，当体管过饱和而使器件导通，当 1 1 + + 2 2 1时，不能维持饱和时，不能维持饱和 导通而关断。导通而关断。GTOGTO在工艺设计上

24、，在工艺设计上， 2 2远大于远大于 1 1 ，且导通时且导通时 1 1 + + 2 2更接近于更接近于1 1（ 1.051.05）。使得使得GTOGTO导通时饱和程度不深，导通时饱和程度不深， 更接近于临界饱和，从而为门极控制关断提供了有利条件。更接近于临界饱和，从而为门极控制关断提供了有利条件。 但是负面影响是导通时管压降增大。但是负面影响是导通时管压降增大。 GTO工作原理：关断过程工作原理：关断过程 GTO关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽出电流，则关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽出电流，则 晶体管晶体管VT2的基极电流的基极电流Ib2减小。由于减小。由于 2 2远大远大 1 1于，

25、于， VT2的的 基极电流基极电流Ib2减小时，减小时，IC2和和IK将大幅度减小。将大幅度减小。 IC2的大幅度的大幅度 减小，又使减小，又使IC1和将和将IA 大幅度减小大幅度减小, 更进一步衰减更进一步衰减VT2的门的门 极电流，如此形成了极电流，如此形成了强烈的正反馈强烈的正反馈。由于。由于 1 1比较小，比较小，VT1 饱和程度比较浅，使得饱和程度比较浅，使得VT1很快退出饱和而关断。当两个很快退出饱和而关断。当两个 晶体管发射极电流晶体管发射极电流IA和和IK的减小使的减小使 1 1 + + 2 2 1时，器件退时，器件退 出饱和而关断。出饱和而关断。 小结：小结： GTO的导通过

26、程与普通晶闸管是一样的，的导通过程与普通晶闸管是一样的， 只不过导通时只不过导通时饱和程度饱和程度较浅。较浅。 而关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽而关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽 出电流，当两个晶体管发射极电流出电流，当两个晶体管发射极电流IA和和IK的的 减小使减小使 1+ 225V时，各电容值趋于稳定。为减小这些时，各电容值趋于稳定。为减小这些 电容，电容， UDS应大于应大于10V。 1.4.4绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 1.基本结构和基本结构和工作原理工作原理 IGBTIGBT：结构：结构,N,N+ +和和N N 在一块 在一块P P型基片上外延生长而成。型基片上外延生长而成

27、。 比比MOSFETMOSFET多一个多一个P P+ +层（引出层（引出IGBTIGBT的集电极），形成的集电极），形成四四 层结构。层结构。 IGBTIGBT可等效为由一个可等效为由一个MOSFETMOSFET和一个和一个PNP-NPNPNP-NPN 晶体管级联而成，由于晶体管级联而成，由于NPNNPN晶体管的基极和发射晶体管的基极和发射 极短路，极短路，设计时尽可能使设计时尽可能使NPNNPN不起作用不起作用，IGBTIGBT相相 当于一个由当于一个由MOSFETMOSFET驱动的厚基区驱动的厚基区PNPPNP晶体管晶体管，故，故 IGBTIGBT的驱动原理与功率的驱动原理与功率MOSFE

28、TMOSFET基本相同，基本相同， 它是一种场控器件，其开通和关断由栅极和发射极间的电压它是一种场控器件，其开通和关断由栅极和发射极间的电压 决定，决定，当当UGE为正且大于开启电电压为正且大于开启电电压UGE(th)时，时，MOSFET内形内形 成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT导通。导通。IGBT 导通时，导通时，P+区向区向N+区发射少子，从而对区发射少子，从而对N漂移区电导率进漂移区电导率进 行调制，行调制，N漂移区的电阻漂移区的电阻减小，使高耐压的减小，使高耐压的IGBT也具也具 有低的通态压降。有低的通态压降。 当栅极与发射极间施加反向

29、电压或不加信号当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号 时，时，MOSFETMOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切内的沟道消失，晶体管的基极电流被切 断，使得断，使得IGBTIGBT关断。关断。IGBTIGBT电流由两部分组成：一是电流由两部分组成：一是 MOSFETMOSFET的沟道电流的沟道电流i i1 1，另一是，另一是PNPPNP晶体管的集电极电晶体管的集电极电 流流i i2 2。其中。其中i i1 1是是IGBTIGBT电流的主要部分。电流的主要部分。 当当MOSFET沟道消失后，沟道消失后，i1消失，晶体管的基极电流被切断，消失，晶体管的基极电流被切断， 但由于但由于N漂移区

30、存储的少子没有任何排放回路，只能在漂移区存储的少子没有任何排放回路，只能在N漂漂 移区内通过再结合而慢慢消失，因此，晶体管的移区内通过再结合而慢慢消失，因此，晶体管的集电极电流集电极电流i2 并不会立即消失，这就导致并不会立即消失，这就导致IGBT的关断时间要远远大于的关断时间要远远大于 MOSFET的关断时间。的关断时间。 2.2.基本特性基本特性 (1)(1)静态特性静态特性 第一象限分为三个区：正向截止、主动区域和饱和区域第一象限分为三个区：正向截止、主动区域和饱和区域 第三象限为第三象限为IGBTIGBT的反向特性。的反向特性。 2.2.基本特性基本特性 (1)(1)静态特性静态特性

31、正向截止正向截止：当：当栅极发射极电压栅极发射极电压U UGE GE小于栅极发射极开启 小于栅极发射极开启 电压电压U UGE(th) GE(th)时， 时，J J2 2结呈反向阻断状态，集电极和发射极端子结呈反向阻断状态，集电极和发射极端子 之间仅存在着一个很小的集电极发射极参与漏电流之间仅存在着一个很小的集电极发射极参与漏电流I ICES CES。 。 I ICES CES随 随U UCE CE增加而略微增加。当 增加而略微增加。当U UCE CE大于某一最高允许的集电 大于某一最高允许的集电 极发射极电压极发射极电压U UCES CES时， 时，IGBTIGBT的的PINPIN结（结（P

32、 P体区体区/N/N 漂移区 漂移区/N/N 外延生长层）会出现外延生长层）会出现锁定效应锁定效应。从物理的角度来说，。从物理的角度来说，U UCES CES对 对 应应IGBTIGBT结构中结构中PNPPNP晶体管的击穿电压晶体管的击穿电压U UCER CER 。 。 主动区域主动区域：当：当U UCE CE只是略大于 只是略大于U UGE(th) GE(th)时，由于沟道电流的 时，由于沟道电流的 饱和效应，沟道会出现一个可观的压降（输出特性中饱和效应，沟道会出现一个可观的压降（输出特性中 的水平线）。此时，集电极电流跟随的水平线）。此时，集电极电流跟随U UGE GE而变化。对于 而变化

33、。对于 工作在开关状态的工作在开关状态的IGBTIGBT，这一区域只是在开关过程中这一区域只是在开关过程中 被经过，一般不允许在这一区域稳定运行。被经过，一般不允许在这一区域稳定运行。 饱和区域饱和区域：在这一区域，集电极电流：在这一区域，集电极电流I IC C仅由外电路决仅由外电路决 定。定。IGBTIGBT导通时工作在此区域。导通时工作在此区域。由于由于N N 漂移区的少子 漂移区的少子 泛滥，电导调制，泛滥，电导调制，IGBTIGBT的饱和压降明显低于同类型的饱和压降明显低于同类型 MOSFETMOSFET的通态压降，的通态压降，耐压耐压1000V1000V的的IGBTIGBT通态压降为

34、通态压降为2 2 3V3V。 反向特性反向特性：由于：由于IGBTIGBT集电极端的集电极端的PNPN结处于截止状态，结处于截止状态， 因此，因此，IGBTIGBT不具备反向导通的能力。该不具备反向导通的能力。该PNPN结不能承受结不能承受 高反偏电压，所以高反偏电压，所以IGBTIGBT的反向截止电压仅在数十伏上的反向截止电压仅在数十伏上 下下。对于需要。对于需要IGBTIGBT承受高反向电压的应用来说，到目承受高反向电压的应用来说，到目 前为止全部采用了混合结构，即在模块中串连一个快前为止全部采用了混合结构，即在模块中串连一个快 速二极管。速二极管。 (2)开关特性开关特性 IGBTIGB

35、T与与MOSFETMOSFET具有相同的栅极结构，因此它们的开关具有相同的栅极结构，因此它们的开关 特性也大致相似，下面是特性也大致相似，下面是IGBTIGBT与与MOSFETMOSFET不同的地方。不同的地方。 IGBTIGBT开通时，集射极间电压会在数十纳秒内迅速下开通时，集射极间电压会在数十纳秒内迅速下 降到某一数值，该数值对应了降到某一数值，该数值对应了N N 漂移区的电压降。对 漂移区的电压降。对 于于MOSFETMOSFET来说，这就是它的通态压降来说，这就是它的通态压降U UDS(on) DS(on)=I =ID DR R DS(on) DS(on)。 。 但对于但对于IGBTI

36、GBT来说，来说，P P+ +集电极区同时向集电极区同时向N N 漂移区注入少 漂移区注入少 子，在这个过程（约子，在这个过程（约100ns100ns至数至数usus）达到稳定后，）达到稳定后， IGBTIGBT才达到其饱和压降的静态值才达到其饱和压降的静态值U UCE(sat) CE(sat)，对于高截止 ，对于高截止 电压的器件来说，由于电导调制效应，这一值相对较电压的器件来说，由于电导调制效应，这一值相对较 低。低。 MOSFETMOSFET关断时，内部电容需要放电并反向充电，直至沟道关断时，内部电容需要放电并反向充电，直至沟道 区的电荷载子的作用完全被消除，区的电荷载子的作用完全被消除

37、，MOSFETMOSFET关断。关断。 但对于但对于IGBTIGBT，发射极电流在，发射极电流在N N 漂移区被关断后， 漂移区被关断后，N N 漂移 漂移 区内还存在着大量的少子，必需通过再结合的方式被清除。区内还存在着大量的少子，必需通过再结合的方式被清除。 这一过程导致了所谓的这一过程导致了所谓的集电极拖尾电流集电极拖尾电流。因为该尾流下降。因为该尾流下降 的过程可持续数微秒，而此时集射极电压已经开始上升，的过程可持续数微秒，而此时集射极电压已经开始上升， 所以在硬关断过程中，所以在硬关断过程中，IGBTIGBT的关断损耗在相当程度上由拖的关断损耗在相当程度上由拖 尾电流所决定，并明显高

38、压尾电流所决定，并明显高压MOSFETMOSFET的关断损耗。的关断损耗。 3.主要参数主要参数 最大集射极间电压最大集射极间电压U UCES CES：由器件内部的 ：由器件内部的PNPPNP晶体管所能承受的击穿晶体管所能承受的击穿 电压所确定。电压所确定。 集射极间饱和电压集射极间饱和电压U UCE(sat) CE(sat)： ：IGBTIGBT饱和导通时通过额定电流时的集饱和导通时通过额定电流时的集 射极间电压，该值表征射极间电压，该值表征IGBTIGBT的通态损耗，选用时应选的通态损耗，选用时应选U UCE(sat) CE(sat)小的 小的 IGBTIGBT管。管。 栅极开启电压栅极开启电压U UGE(th) GE(th)：使 ：使IGBTIGBT导通所需的最小栅射电压。导通所需的最小栅射电压。 集电极额定电流集电极额定电流I ICN CN：