IGBT解析(2):一图带你看懂其工作原理

半导体守护者 2024-05-07 19:44:45

IGBT这个东西讲起来还蛮抽象的,按功能来讲,可以把它理解为电路开关,比如家里的电灯开关,不是“通”就是“断”。

上次我们讲了IGBT的内部结构,今天我们来继续讲关于它的工作原理。

当IGBT正输入电压用过栅极,发射极会保持驱动电路开启。

但当栅极端电压为零或小于0时,则会关闭电路应用。

在这里可以得出,IGBT是通过激活或停用它的栅极端子来进行开关动作的。

上期视频我们提到,IGBT既可以当做BJT也可以是MOS管,也就是说,它实现的放大量是其输出信号控制输入信号之间的比率。

IGBT的电路开启

我们看这张图

当集电极相对于发射极处于正电位的时候,N 沟道 IGBT 会导通,而栅极相对于发射极也处于足够的正电位 (>V GET )。

这会导致在栅极的正下方形成了反型层,并且形成沟道,随后电流开始从集电极流向发射极。

IGBT 中的集电极电流 Ic 由两个分量 Ie和 Ih 组成。

这里运用一道集电极的电流公式:Ic = Ie + Ih

Ie 是由于注入的电子通过注入层、漂移层和最终形成的沟道从集电极流向发射极的电流。

Ih 是通过 Q1 和体电阻 Rb从集电极流向发射极的空穴电流。

详细情况可以看向这张图:

不过在这里的Ih几乎可以忽略不计

因此 Ic ≈ Ie。

IGBT的电路关闭

当准备关断 IGBT时,我们会发现一种特殊情况,当IGBT的集电极电流超过某个阈值时,寄生晶闸管会被锁定,栅极端子失去了对集电极电流的控制,IGBT 无法关闭。

这个时候我们就需要运用到典型的换流电路,让晶闸管强制换流。这个话题我们后面有机会再深入探讨。

总而言之,如果不尽快关闭设备,就会有损坏设备的可能性。

关于其工作原理这里额外说一个点:

IGBT 只有在栅极端子上有电压供应时工作。

一旦存在栅极电压 ( VG ) ,栅极电流 ( IG ) 就会增加,然后它会增加栅极-发射极电压 ( VGE )。

因此,栅极-发射极电压增加了集电极电流 ( IC )。而集电极电流 ( IC ) 降低了集电极到发射极电压 ( VCE )。

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