IGBT 的锁定效应和安全工作区1.锁定效应IGBT 为四层结构,体内存在一个寄生晶体管,其等效电路如图 1所示。在 V2 的基极与发射极之间并有一个扩展电阻 Rb,在此电阻上,P 型体区的横向空穴会产生一定压降,对 J3 结来说,相当于一个正偏电流范围以内,这个正偏置电压不大,对 V2 不起作用,当 Id 大到一定程度时,该正偏置电压足以使 V2 开通,进而使 V2 和 V3 处于饱和状态,于是寄生晶体管开通,栅极失去对集电极电流的控制作用,这就是所谓的 IGBT 的静态锁定效应,IGBT 发生锁定效应后,漏极电流增大,造成过高功耗,导致损坏。可见,漏极电流有一个临界值 Idm,当Id> Idm 时便会产生锁定效应。 具备寄生晶体管的 IGBT 等效电路在 IGBT 关断的动态过程当中,假若 dvds/dt 过高,那么在 J2 结中引起的位移电流会增大,当该电流流过体区扩展电阻 Rb 时,也可产生足以使晶体管 V2 开通的正向偏置电压,满足寄生晶体管开通锁定的条件,形成动态锁定效应。为此,在应用中必须防止 IGBT 发生锁定效应,为此可限制 Idm 值,或用加大栅极电阻 RG 的办法延长 IGBT 关断时间,以减少 dvds/dt 值。值得指出的是,动态锁定效应允许的漏极电流比静态锁定所允许的要小,IGBT 器件提供的 Id 值是按动态锁定效应所允许的最大漏极电流来确定的。锁定效应曾限制 IGBT 电流容量提高,这个问题在 20 世纪 90 年代中后期开始渐渐解决,即将 IGBT 与反并联的快速二极管封装在一起,制成模块,成为逆导器件。2.安全工作区安全工作区(SOA)反映了一个功率器件同时承受一定电压和电流的能力。IGBT 的安全工作区可以分为三个主要区域:1)正向导通[正向偏置安全工作区( FBSOA)]。这部分安全工作区是指电子和空穴电流在导通瞬态时流过的区域。在 lc 处于饱和状态时,IGBT 所能承受的最大电压是器件的物理极限。IGBT 开通时的正向偏置安全工作区由 电流、电压和功耗三条边界极限包围而成(最大集电极电流、最大集电极—发射极间电压和最大集电极功耗)。最大集电极电流 ICmax 是根据避开动态锁定效应而设定的,最大集电极—发射极电压 VCEmax 是由 IGBT 中晶体管 V2 的击穿电压所确定,最大功耗则是由最高允许结温所决定。导通时间越长,发热越严重,安全工作区则越窄。2)反向偏置安全工作区(Reverse Bias Safe Operation Area,RBSOA) 由反向最大集电极电流、最大集电极—发射极间电压和...