IGBT的開關過程主要是由柵極電壓VGE控制的，由于柵極和發射極之間存在著寄生電容艮，因此IGBT的開通與關斷就相當于對CGE進行充電與放電。假設IGBT初始狀態為關斷狀態，即VGE為負壓VGC-，后級輸出為阻感性負載，帶有續流二極管。

由于寄生參數以及負載特性的影響，IGBT的實際開通與關斷過程比較復雜，如圖1為IGBT的開通關斷過程示意圖，圖中柵極驅動波形較為理想化，集電極電流以及集電極-發射極電壓的波形大致上是實際波形，只有細節被理想化。

圖1 IGBT開關時間示意圖

表1中列出了IGBT開關時間的定義，之后是對IGBT開關各個階段的具體介紹。

開通時間tonICBT開通時，VGE上升到0V后，VCE下降到最大值10%時為止的時間

開通延時時間td（on）IGBT開通時，從集電極電流上升到最大值的10%時開始，到VCE下降到最大值的10%為止的時間

上升時間trIGBT開通時，從集電極電流上升到最大值的10%時開始，到達90%為止的時間

關斷時間toffIGBT關斷時，從VCE下降到最大值的90%開始，到集電極電流在下降電流的切線上下降到10%為止的時間

下降時間tfIGBT關斷時，集電極電流從最大值的90%開始，在下降電流的切線上下降到10%為止的時間

拖尾時間tt到內置二極管中的反向恢復電流消失為止所需要的時間

拖尾電流It到內置二極管中正方向電流斷路時反方向流動的電流的峰值

表1 IGBT開關時間定義

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開通時間ton

開通時間還可以分為兩個部分：開通延遲時間td（on）與上升時間tr，在此時間內IGBT主要工作在主動區域。

當柵極和發射極之向被加上一個階躍式的正向驅動電壓后，便對CGE開始充電，VGE開始上升，上升過程的時間常數由CGE和柵極驅動網路的電阻所決定，一旦VGE達到開啟電壓VGE（th）后，集電極電流IC則開始上升。從VGE上升至VGE（th）開始，到IC上升至負載電流IL的10%為止，這段時間被定義為開通延遲時間td（on）。 此后，集電極電流IC持續上升，到IC上升至負載電流IL的90%的時候，這段時間稱為上升時間tr。開通延遲時間td（on）與上升時間tr之和被為開通時間ton。在整個開通時間內，可以看出電流逐漸上升而集電極—發射極之間的壓降仍然十分可觀，因此主要的開通損耗產生于這一時間內。

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IGBT導通

IGBT導通時，主要工作在飽和區域。IGBT開通后，集電極電流Ic仍然會繼續上彝，并產生一個開通電流峰值，這個峰值是由阻感性負載及續流二極管共同產生的，峰值電流過大可能會損耗IGBT。IC在達到峰值之后會逐步下降至負載電流IC的水平，與此同時，VCE也下降至飽和壓降水平，IGBT進入相對穩定的導通階段。 在這個階段中的主要參數是由負載確定的通態電流IL以及一個較低的飽和壓降VCEsat，可以看出，工作在飽和區的IGBT的損耗并不是特別大。

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關斷時間toff

同開通時間ton一樣，關斷時間toff也可以分為兩段：關斷延遲時間td（off），以及下降時間tf。

當柵極和發射極之間的正向電壓被突然撤銷并同時被加上一個負壓后，VCE便開始下降。下降過程的時間常數仍然由輸入電容CGE和柵極驅動回路的電阻所決定。同時，VCE開始上升。但只要VCE小于VCC，則續流二極管處于截止狀態且不能接續電流。所以，IGBT的集電極電流IC在此期間并沒有明顯的下降。 因此，從柵極—發射極電壓VCE降落到其開通值的90%開始，直到集電極電流下降至負載電流的90%為止；這一段時間被定義為關斷延遲時間td（off）。

一旦上升的IGBT的集電極—發射極電壓超過工作電壓VCC時，續流二極管便處于正向偏置的狀態下，負載電流便可以換流至續流二極管，集電極電流也因此下降口從集電極電流IC由負載電流k的90%下降至10%之間的時間稱為下降時間tf。 從圖1中可以看出，在IC下降的同時，VCE會產生一個大大超過工作電壓Vcc的峰值，這主要是由負載電感引起的，其幅度與IGBT的關斷速度呈線性關系。峰值電籮過高可能會造成IGBT的損壞。 關斷延遲時間，與下降時間tf之和稱為關斷時間toff。

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拖尾時間、拖尾電流

相比于MOSFET，IGBT采用一種新的方式降低了通態損耗，但是這一設計同時引發了拖尾電流It，拖尾電流持續衰減至關斷狀態漏電流的時間稱為拖尾時間tt，拖尾電流嚴重的影響了關斷損耗，因為在這段時間里，VCE已經上升至工作電壓VCC以上。 拖尾電流的產生也告訴我們，即使在柵極給出了關斷信號，IGBT也不能及時的完全關斷，這是值得注意的，在設計驅動時要保證兩個橋臂的驅動波形有足夠的死區。

原文標題：一文讀懂｜詳解IGBT開關過程

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責任編輯：haq