IGBT输出特性曲线的几个工作区:

一、正向阻断区(截止区)
当门极电压 Vge 低于开启门限电压 Vge(th)时,IGBT 内部的 MOS 沟道处于夹断状态,此时 IGBT 工作于截止区。尽管存在外部电压 Vce,但 IGBT 集电极 - 发射极之间仅有微弱的漏电流 Ices 流过。
二、有源区(线性放大区)
工作条件与原理 :当门极电压 Vge 不小于开启门限电压 Vge(th),且 Vce 显著大于 Vge-Vge(th)时,IGBT 进入有源区。在此区域,流入 N - 基区的电子电流 In 受门极电压的调控,进而约束了 IGBT 内部 PNP 晶体管的基极电流,导致空穴电流 Ip 也受到相应限制,使得集电极电流 Ic 达到饱和状态(与 MOSFET 类似)。基于集电极电流主要受门极电压控制这一特性,该区域被称为放大区或有源区。


技术应用与损耗特点 :常见的有源门极驱动或主动门极控制技术,正是针对 IGBT 在有源区的开关轨迹进行控制。然而,IGBT 在有源区内运行时损耗较大,应尽可能迅速地穿越此区域。
三、饱和区
当 Vge≥Vge(th),并且 Vce 小于 Vge-Vge(th)时,IGBT 处于饱和区。此区域的集电极电流基本不受门极电压影响,主要由外部电路决定。尽管该区域曲线与 MOS 类似,但命名不同。这是因为 IGBT 完全导通后的饱和压降主要受电导调制影响,而 MOS 的导通压降则主要取决于漏极电流,呈现出电阻特性。
四、雪崩击穿区
一旦 IGBT 的集电极 - 发射极电压 Vce 超过某一特定最高允许电压 Vbrces,IGBT 就会发生雪崩击穿现象,致使器件损坏。
五、反向阻断区
常规 IGBT 的反向特性 :常见的非对称结构 IGBT,其反向电压阻断能力远不及正向电压阻断能力。在工业现场,由于多数负载为阻感负载,在 IGBT 关断瞬间,必须为负载提供续流回路。因此,IGBT 模块内部通常并联续流二极管,使得 IGBT 的反向特性主要由续流二极管的正向导通特性决定。
特殊需求与解决方案 :在某些特殊应用场景下,当需要 IGBT 具备双向阻断能力时,就会用到逆阻 IGBT(RB-IGBT)。不过,这类器件较为罕见,一般难以采购到。此时,可采用 IGBT 与二极管串联的方式,以实现与逆阻 IGBT 相同的功能。
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