IGBT 基础教程：第 7 部分IGBT动态特性

一个等效的 IBGT 模型，其中包括端子之间的电容。输入、输出和反向传输电容是这些电容的组合。数据表中规定了测量电容的测试条件。

这是在栅极和发射极之间测量的输入电容，其中集电极与发射极短路，用于交流信号。C ies由栅极到集电极电容 (CGC) 与栅极到发射极电容 (CGE) 并联组成，或

C ies = C GE + C GC

输入电容必须在器件开始开启前充电至阈值电压，并在器件开始关闭前放电至平台电压。因此，驱动电路和 C ies的阻抗与开启和关闭延迟有直接关系。

C oes — 输出电容

这是在收集极和发射极之间测量的输出电容，其中栅极与发射极短路，用于交流电压。C oes由与栅极到集电极电容 (CGC) 并联的集电极到发射极电容 (CCE) 组成，或

C oes = C CE + C GC

对于软开关应用，C oes很重要，因为它会影响电路的谐振。

C res — 反向传输电容

这是在发射极接地时在集电极和栅极端子之间测量的反向传输电容。反向传输电容等于栅极到集电极的电容。

C res = C GC

反向传输电容，通常称为米勒电容，是影响开关期间电压上升和下降时间的主要参数之一。电容随着集电极-发射极电压的增加而减小，尤其是输出和反向传输电容。正如将要解释的，这种变化是栅极电荷数据的“存在理由”。

V GEP — 平台电压

作为栅极电荷函数的栅极-发射极电压，开启顺序从左到右穿过这条曲线，关闭从右到左穿过。JEDEC 标准 24-2 中描述了测量栅极电荷的方法。栅极平台电压V GEP定义为在恒定栅极电流驱动条件的导通开关转换期间栅极-发射极电压的斜率首先达到最小值时的栅极-发射极电压。换句话说，它是栅极电荷曲线在曲线的第一个拐点后首先变直的栅极-发射极电压，如图 11 所示。或者，V GEP是在转向期间最后一个最小斜率处的栅极-发射极电压-离开。

平台电压随电流增加，但不随温度增加。用 IGBT 替换功率 MOSFET 时要小心。10 或 12 伏的栅极驱动器可能适用于高压功率 MOSFET，但取决于其平台电压，除非增加栅极驱动电压，否则大电流下的 IGBT 可能会非常缓慢地切换，甚至不会完全开启。

Q ge是曲线中从原点到第一个拐点的电荷，Q gc是曲线中第一个拐点到第二个拐点的电荷(也称为“米勒”电荷)，Q g GE等于峰值驱动电压。栅极电荷值随集电极电流和集电极-发射极电压而变化，但不随温度变化。规定了测试条件。此外，栅极电荷图通常包含在数据表中，显示固定集电极电流和不同集电极-发射极电压的栅极电荷曲线。栅极电荷值反映存储在前面所述的端子间电容上的电荷。栅极电荷通常用于设计栅极驱动电路，因为它考虑了开关瞬态期间电容随电压变化的变化。

开关

时间和能量 IGBT 的开关时间和能量并不总是容易预测的，因此 Microsemi 在数据表中提供了硬开关钳位电感开关的开关时间和能量。每个数据表中都包含测试电路和定义。请注意，栅极电阻包括栅极驱动器 IC 的电阻。由于开关时间和能量随温度变化(E on1除外)，数据在室温和高温下均提供。还经常提供图表，显示开关时间和能量与集电极电流、结温和栅极电阻之间的关系。

一般来说，开启速度和能量与温度相对独立，或者实际上速度会随着温度的升高而略微增加(能量降低)。二极管反向恢复电流随温度升高，导致E on2随温度升高。E on1和 E on2定义如下。关断速度随着温度的升高而降低，对应于关断能量的增加。开关速度，开通和关断，随着栅极电阻的增加而降低，对应于开关能量的增加。开关能量可以直接根据应用电压和数据表开关能量测试电压之间的变化进行调整。因此，如果数据表测试是在 400 伏特下进行的，而应用是 300 伏特，只需将数据表中的开关能量值乘以比率 300/400 即可推断。

开关时间和能量也随电路中的杂散电感变化很大，包括栅极驱动电路。特别是，与发射极串联的杂散电感会显着影响开关时间和能量。因此，数据表中的开关时间和能量值以及图表仅具有代表性，可能与实际电源或电机驱动电路中观察到的结果有所不同。

t d(on) , — 开启延迟时间

开启延迟时间是从栅极发射极电压上升超过驱动电压的 10% 到集电极电流上升超过指定电感电流的 10% 的时间。

t d(off) , — 关断延迟时间

关断延迟时间是从栅极发射极电压降至驱动电压的 90% 以下到集电极电流降至指定电感电流的 90% 以下的时间。这给出了电流开始在负载中转换之前的延迟指示。

t r — 电流上升时间

电流上升时间是集电极电流从 10% 上升到 90% 开始到停止指定电感电流的时间。

t f — 电流下降时间

电流下降时间是集电极电流从 90% 下降到 10% 开始到指定电感电流停止的时间。

E on2 - 使用二极管的开启开关能量

这是钳位电感开启能量，包括 IGBT 开启开关损耗中的换向二极管反向恢复电流。钳位二极管使用与 DUT 相同类型 IGBT 的 Combi 器件(IGBT 与反并联二极管组合)。导通开关能量是集电极电流乘积的积分从集电极电流上升超过测试电流的 5% 到电压下降到低于测试电压的 5% 期间的集电极-发射极电压。积分间隔的 5% 电流上升和电压下降定义适应了仪器的分辨率，同时提供了一种不影响精度的可靠的重复测量方法。

E off — 关断开关能量

这是钳位的感应关断能量。E off是集电极电流和集电极-发射极电压的乘积在从栅极发射极电压下降到低于 90% 到集电极电流达到零的时间间隔内的积分。这符合用于测量关断能量的 JEDEC 标准 24-1。较早的数据表显示 Eoff 从开关瞬态开始测量并持续 2 μs。每个设备使用的方法显示在其数据表中。

E on1 — 开通开关能量

这只是 IGBT 的钳位电感开通能量，没有增加 IGBT 开通损耗的换向二极管反向恢复电流的影响。

g fe - 正向跨导

正向跨导将集电极电流与栅极-发射极电压联系起来。正向跨导随集电极电流、集电极-发射极电压和温度而变化。高跨导对应于低平台电压和快速的电流上升和下降时间。跨导对于双极晶体管很重要。另一方面，IGBT 在跨导下降之前很久就受到热限制，因此该规范并不是那么有用。

然而，重要的是要注意，即使在高栅极-发射极电压下，IGBT 也表现出相对较高的增益。这是因为通过增加栅极-发射极电压来增加电子流也会增加空穴流。然而，一旦完全导通，高压功率 MOSFET 的增益对栅极电压非常不敏感。