IG BT 的擎住效应与安全工作区

擎住效应

     在分析擎住效应之前，我们先回顾一下 IGBT 的工作原理（这里假定不发生擎住效应）。

    1 ．当 Uce ＜ 0 时， J3 反偏，类似反偏二极管， IGBT 反向阻断；

    2 ．当 Uce ＞ 0 时，在 Uc<Uth 的情况下，沟道未形成，  IGBT 正向阻断；在   U 。＞ Uth 情况下，栅极的沟道形成，    N+ 区的电子通过沟道进入 N 一漂移区，漂移到 J3 结，此时 J3 结是正偏，也向 N 一区注入空穴，从而在 N 一区产生电导调制，使 IGBT 正向导通。

    3 ．    IGBT 的关断。在    IGBT 处于导通状态时，当栅极电压减至为零，此时 Ug ＝ 0 ＜ Uth ，沟道消失，通过沟道的电子电流为零，使 Ic 有一个突降。但由于 N 一区注入大量电子、空穴对， IC 不会立刻为零，而有一个拖尾时间。

  IGBT 为四层结构，体内存在一个奇生晶体管，其等效电路如图 2 － 60 所示。在 V2 的基极与发射极之间并有一个扩展电阻 Rbr ，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，相当于一个正偏置电压。在规定的漏极电流范围内，这个正偏置电压不大， 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，栅极失去控制作用，这就是所谓的擎住效应 .IGBT 发生擎住效应后，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 时便会产生擎住效应。

     在   IGBT 关断的动态过程中，假若   dUds ／ dt 过高，那么在 J2 结中引起的位移电流   Cj2 （  dUds/d t ）会越大，当该电流流过体区扩展电阻 Rbr 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擎住的条件，形成动态擎住效应。使用中必须防止 IGBT 发生擎住效应，为此可限制 Idm 值，或者用加大栅极电阻 Rg 的办法延长  IGBT 关断时间，以减少  d Uds  /d t 值。

     值得指出的是，动态擎住所允许的漏极电流比静态擎住所允许的要小，放生产厂家所规定的） Id 值是按动态擎住所允许的最大漏极电流来确定的。

安全工作区

     安全工作区（  SO A ）反映了一个晶体管同时承受一定电压和电流的能力。 IGBT 开通时的正向偏置安全工作区（ FBSOA ），由电流、电压和功耗三条边界极限包围而成。最大漏极电流  I dm  是根据避免动态擎住而设定的，最大漏源电压  Udsm 是由   IGBT 中晶体管 V3 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，如图 2 － 61 。所示。

 IGBT 的反向偏置安全工作区（   R BSO A ）如图 2 － 61b 所示，它随 IGBT 关断时的  d Uds ／ d t  而改变， d Uds ／ dt 越高， RBSOA 越窄。