变频器中IGBT的基本特性

    IGBT的静态特性包括传输特性和输出特性。

   1)传输特性。IGBT的静态传输特性描述集电极电流Ic与栅射电压UGE之间的相互关系，如图3-24(a)所示，它与功率MOSFET的转移特性相似。

   UGE低于开启电压UGE(th)时，IGBT处于关断状态；当UGE大于开启电压UGE(th)时，IGBT开始导通，Ic与UGE基本是线性关系。

    加于栅射之间的最佳工作电压UGE可取15 V左右。UGE(th)是IGBT实现电导调制（即P+区向N-区注入少数载流子）导通的最低栅射电压，它随温度升高而略有下降，温度每升高1℃，其值下降5mV左右。在+25℃时，IGBT的开启电压UGE(th)=(2~6)V。

   2)输出特性。IGBT的输出特性描述以栅射电压UGE为控制变量时，集电极电流Ic与集射电压UGE之间的相互关系，如图3-24( b)所示。它与GTR的输出特性相似，不同的是控制变量：IGBT为栅射电压UGE；GTR为基极电流IB。

    图3-24    IGBT的静态特性

   (a)传输特性；(b)输出特性

   IGBT的输出特性分为正向阻断区、有源区、饱和区。当UGE<0时，IGBT为反向阻断工作状态，参照结构图3-23(b)知，P+N结处于反偏，无集电极电流出现。IGBT较MOSFET多了一个J1结而获得反向电压阻断能力，能够承受的最高反向阻断电压URM取决于J1结的雪崩击穿电压。

    当UGE>0而UGE<UGE(th)时，IGBT为正向阻断工作状态，J2结处于反偏，MOSFET的沟道体区内没有形成沟道，IGBT只有很小的集电极漏电流流过。IGBT能够承受的最高正向阻断电压UFM取决于J2的雪崩击穿电压。当UGE >0、UGE>UGE(th)时，MOSFET的沟道体区内形成导电沟道，IGBT进入正向导通状态。随UGE的升高，向N基区提供电子的导电沟道加宽，集电极电流Ic增大。在正向导通的大部分区域内，Ic与UGE呈线性关系，而与UGE无关，这部分区域即为有源区（线性区）。IGBT的这种工作状态称为有源工作状态或线性工作状态。作为开关状态工作的IGBT同样要避开此区，否则功耗将会很大。饱和区指输出特性明显弯曲的部分，此时集电极电流Ic与栅射电压UGE不再是线性关系。

    与功率MOSFET相比，IGBT的通态压降变小得多，1000V的IGBT约有2~5 V的通态压降，这是因为IGBT中N-漂移区存在电导调制效应的缘故。