IGBT开通过程分析(二)

米勒平台过程

栅极电压在上升到一定值后，会有一个栅极电压维持水平的阶段，这个电压称之为密勒平台电压。由上面分析可知，当栅极电压大于阈值电压， IGBT 开始通过正向电流。当集电极电流达到最大电流时，续流二极管反偏， IGBT 两端的电压Vce迅速低，耗尽区迅速缩减，Vds的电压也随之降低，而耗尽区缩减以及电压Vds降低的过程决定了栅极电压密勒平台的形成过程。栅极电压平台阶段驱动回路等效电路图如下：

 

 

栅极—集电极电容Cgc是一个电容值和带电量都变化的过程，其变化过程不由栅极电压控制，而是由变化的集射极电压决定。在这个过程中，驱动回路一直给电容Cgc进行充电，栅极电压Vg不上升的原因在于电压Vce一直在减小，这也是密勒平台形成的直接原因，这个过程中驱动回路只给Cgc电容充电。

在Vce下降后，米勒平台继续维持的原因在于此时的载流子浓度在持续增加，因此电容值也在增加，从而栅极电压仍然维持在密勒平台电压。

驱动电阻对栅极电压波形的影响

上述分析了IGBT 在开通过程中栅极电压的变化过程，并给出了对应的等效电路。根据上述分析，如开通延时等效电路图，在给栅极电容充电的阶段，驱动电阻的值越小，时间常数越小，从而栅极电压上升越快，开通延迟的时间越短。由米勒平台阶段等效电路图可知，驱动电阻越小，相同的栅极平台电压值，平台持续时间也越短。驱动电阻越小，平台电压之后，上升到最大栅极电压的时间也越短。

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开通过程集电极电流分析

开通电流

当栅极电压大于阈值电压时，集电极电流以较快的速度上升，因此在集电极电流由零上升到负载电流这一短时间内，栅极电压可以近似认为是线性增长，从而IGBT 集电极电流在到达负载电流之前，可以认为IGBT 集电极电流曲线为二次函数曲线，即Ic=at?

其中a 由芯片参数以及功率回路参数、驱动回路参数共同决定。

二极管反向恢复过程

IGBT 集电极电流过冲与续流二极管的反向恢复过程相对应。IGBT集电极电流持续增大的过程中，续流二极管中的少子浓度逐渐降低，反偏电流密度梯度也逐渐减小。当续流二极管达到反偏电流的最大值，二极管中耗尽区边缘少子浓度达到热平衡浓度。此后，二极管进入反向恢复阶段，此时的IGBT 集电极电流特性更多地取决于续流二极管的反向恢复特性，因为这个过程中需要将二极管中余下的过剩载流子移除，且耗尽区的电势降大小为反偏电压值。通常情况下，为了使二极管快速关断，需要有较大的反偏电流和较小的少子寿命。

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开通过程集射极电压分析

集射极电压下降过程分析

理想条件下，不考虑回路中的杂散电感和电阻，当续流二极管的电流达到最大反向电流时，二极管开始承受反向电压，此时IGBT 两端的电压急剧下降。IGBT集射极电压下降包括两个阶段，第一个阶段类似于MOSFET 开通机理，耗尽区迅速消失，电压急剧下降，如下图所示的UCE_MOSFET阶段; 第二个阶段是过剩载流子在基区内扩散，电导调制区扩大，中性基区压降减小过程，如下图所示的UCE_BJT阶段。由于载流子扩散的速度远远慢于耗尽区消失的速度，因此这个阶段的电压衰减非常缓慢。