IGBT动态特性:开通特性解读对器件的动态特性有一个简要的概括。对于IGBT关断过程就是,当栅极-发射极VGE再次小于阈值电压Vth时,器件开始了关断状态,集电极-发射极两端电压逐渐增大,受电路中寄生电感的影响,会出现电压尖峰,同时集电极电流IC逐渐减小到0,器件又恢复到正向阻断状态。
IGBT关断过程
状态6:IC=IL,VGE=VGEon,VCE=VCEsat,n-漂移区内充满了空穴和电子
阶段Ⅵ:栅压开始从设定驱动电压下降到米勒平台电压,因栅压仍大于阈值电压,器件仍处于导通,所以这个阶段集电极电流IC不变化;
状态7:IC=IL,n-漂移区内仍充满电荷
阶段Ⅶ:米勒平台阶段,栅压基本保持不变,集电极电流也保持不变,但是CE两端电压从饱和压降VCEsat逐渐上升到母线电压;栅极-集电极电容开始放电,CGC的栅电荷为0时,耗尽层开始建立,耗尽层开始扩展;
状态8:续流二极管开始导通,集电极电流IC开始下降,栅压VGE开始下降
阶段Ⅷ:这个阶段,因电路中寄生电感的影响,会出现电压尖峰,然后CE两端电压会再次稳定在母线电压,沟道彻底关断,耗尽区电荷清除完毕,只剩漂移区电荷。电流开始拖尾;
状态9:器件开始抽取n-漂移区内的少子,集电极电流IC开始拖尾状态
阶段Ⅸ:漂移区电荷抽取,IC处于电流拖尾阶段,电子-空穴对数量逐渐减小。
状态10:漂移区内少子基本抽取完毕,集电极电流IC拖尾结束,趋近于0,器件完全截止,处于正向阻断状态


关断特征参数
如下图所示,当VGE突然变成负压时,导电沟道消失,IC突然下降,即首先减少的是电子电流,此时空穴电流并未突然停止,它是由注入到漂移区内的少子来维持,所以集电极电流IC继续存在。
随着复合继续进行,非平衡载流子持续减少,直到集电极电流IC衰减至0,可见IGBT的关断可分为两个过程:沟道电流消失过程、少子复合消失过程,这所对应也就是关断延迟时间td(off)和电流下降时间tf,IGBT的关断时间就是关断延迟时间和电流下降时间之和,即toff=td(off)+tf
关断延迟时间td(off)定义为从VGE下降到0.9VGEmax时到IC下降至0.9ICmax,这个过程的时间;
电流下降时间tf则定义为从集电极电流IC下降到0.9ICmax时到IC下降至0.1ICmax时,这个过程的时间。
下降时间tf又可以分为两个阶段tf1和tf2,tf1时IGBT内部沟道关断过程,IC下降比较快;tf2则是IGBT内部pnp晶体管的关断过程,IC下降比较慢。
一般将IC从0.1ICmax时下降到0.02ICmax时所经历的时间定义为尾部时间ttail。因为n-漂移区内大量少子复合消失使得电流拖尾比较长,所以实际关断时间比较长,工程上一般不将这段时间计入关断时间。
由于IGBT关断时,因续流回路中的杂散电感的作用,集电极-发射极两端电压会出现电压过冲ΔVCE,则集电极-发射极两端最大电压VCEpeak可表示为:

IGBT关断过程的能耗Eoff:


总结
IGBT器件关断过程具有以下几个特点:
1、VCE上升到母线电压VDC时,集电极电流IC开始急剧下降;
2、器件关断过程存在一个比较大的电压过程,这个与电路中的杂散电感造成的回路电流变化率dI/dt有关;
3、集电极电流IC的最后存在一个非常缓慢的拖尾过程。
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