IGBT的开关过程主要由栅极电压VGE控制。由于栅极和发射极之间存在寄生电容,因此IGBT的导通和截止等效于CGE的充电和放电。假设IGBT的初始状态为关闭状态,即VGE为负电压VGC-,而后一级的输出为带有续流二极管的电阻性和电感性负载。由于寄生参数和负载特性的影响,IGBT的实际导通和关断过程更加复杂。图1是IGBT导通和关断过程的示意图。图中的栅极驱动波形更理想,集电极电流和集电极发射极电压的波形大致为实际波形,仅细节被理想化。图1 IGBT开关时间示意图表1列出了IGBT开关时间的定义,然后详细介绍了IGBT开关的每个阶段。开启时间ton当ICBT开启时,在VGE上升到0V之后,VCE下降到最大值的10%。接通延迟时间td(on)当IGBT接通时,当集电极电流上升到最大值的10%时,IGBT将启动。直到VCE下降到最大值的10%为止的上升时间tr。 IGBT导通时,集电极电流上升到最大值的10%。关断时间toff达到90%。 IGBT关断时,从VCE开始。当IGBT关断时,集电极电流从最大值的90%开始,并且在下降电流的切线上,集电极电流下降到10%。下降时间tf当IGBT关闭时,集电极电流从最大值的90%开始,并从下降电流的切线开始。直到下降到10%的时间。终止时间tt直到内置二极管中的反向恢复电流消失所需的时间。当内置二极管中的正向电流中断时,尾电流It等于反向流动电流的峰值。表1 IGBT的开关时间定义1接通时间ton接通时间也可以分为两部分:接通延迟时间td(on)和上升时间tr。在此期间,IGBT主要工作在有源区。当在栅极和发射极的方向上施加阶跃型正向驱动电压时,CGE开始充电,VGE开始上升。上升过程的时间常数由CGE和栅极驱动网络的电阻确定。一旦VGE达到导通电压VGE(th),集电极电流IC就开始上升。从VGE上升到VGE(th),再到IC上升到负载电流IL的10%,此时间段定义为导通延迟时间td(on)。此后,集电极电流IC继续上升,直到IC上升到负载电流IL的90%。该时间段称为上升时间tr。接通延迟时间td(on)与上升时间tr之和称为接通时间ton。可以看出,在整个导通时间内,电流逐渐升高,而集电极和发射极之间的电压降仍然很大,因此在此期间发生了主导通损耗。 2 IGBT导通IGBT导通时,主要工作在饱和区域。 IGBT导通后,集电极电流Ic将继续上升,并且将产生导通电流峰值。该峰值由电阻性感性负载和续流二极管产生。峰值电流过大可能会耗尽IGBT。 IC达到峰值后,它将逐渐下降到负载电流IC的水平。同时,VCE也下降到饱和电压下降水平,并且IGBT进入相对稳定的导通阶段。此阶段的主要参数是由负载和较低的饱和压降VCEsat确定的导通电流IL。可以看出,在饱和区工作的IGBT的损耗不是特别大。 3关断时间toff与接通时间ton一样,关断时间toff也可以分为两部分:关断延迟时间td(off)和下降时间tf。当栅极和发射极之间的正电压突然抵消并且同时施加负电压时,VCE开始下降。下降过程的时间常数仍由输入电容CGE和栅极驱动环路的电阻确定。同时,VCE开始上升。但是,只要VCE小于VCC,续流二极管就处于截止状态,并且无法继续通电。因此,在此期间,IGBT的集电极电流IC不会明显下降。因此,从栅极-发射极电压VCE下降到其导通值的90%,直到集电极电流下降到负载电流的90%;该时间段被定义为关闭延迟时间td(关闭)。一旦收集