IGBT膝电压是什么？IGBT开通延迟过程详解

在这篇文章中，小编将为大家带来IGBT的相关报道。如果你对本文即将要讲解的内容存在一定兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、IGBT开通延迟过程

1、IGBT栅极电容的组成

Ciss= CGE+ CGC 输入电容

Coss= CGC+ CEC 输出电容

Crss= CGC 米勒电容

下面是比较详细的电容分布

对于IGBT 器件，栅极电容包括四个方面电容，如上图所示:

(1)栅极—发射极金属电容C1

(2)栅极—N + 源极氧化层电容C2

(3)栅极—P 基区电容Cgp，Cgp由C3，C5构成;

(4)栅极—集电极电容Cgc，Cgc由C4，C6构成。其中，栅极—发射极电容( 也称为输入电容) 为Cge = C1 + C2 + Cgp，栅极—集电极电容( 也称为反向传输电容或密勒电容) 为Cgc。此外，Cgp随栅极电压的变化而变化，Cgc随IGBT 集射极电压的变化而变化。电容Cgp的变化趋势如下图 所示。因此，Cgp随着电压的增加，其电容值先减小，随着电压的进一步增加，其大小又逐渐增加，并达到稳定值。

2、开通延时过程中驱动回路等效电路

由于在IGBT 集电极电流上升之前， IGBT 仍然处于关断状态，栅极电压的变化量相对于IGBT的阻断电压可以忽略不计。因此，栅极电压的上升过程对于栅极—集电极电容( Cgc) 及其电荷量的影响可以忽略不计，因此开通延时阶段的充电过程只针对电容C1、C2和Cgp。因此，结合驱动回路的等效电路，可以得到上述充电过程中驱动回路的等效电路如下图所示

其中Vg为栅极驱动板输出电压，Ｒg为驱动电阻，Cin为驱动板输出端口电容，Ｒs和Ls分别为驱动回路寄生电阻和寄生电感。栅极电压开始上升一段时间后达到阈值电压，集电极电流开始上升，这个过程也称之为开通延迟，一般我们表示为td(on)。

基于上述分析可知，栅极电压在到达阈值电压之前，输入电容并不是恒定值，而是有一个由大逐渐变小，再逐步增大的过程。因此，在IGBT 开通过程中，驱动回路并不是给恒定电容充电。下图是开通过程栅极电压上升趋势

二、IGBT膝电压

膝电压是指在IGBT导通状态下，集电极与发射极之间的电压降，通常以Vce(sat)表示。在IGBT的工作过程中，膝电压是导通阶段IGBT的主要损耗之一，其大小直接影响着器件的效率和性能特点。因此，正确地理解和处理膝电压是确保IGBT正常工作和提高转换效率的关键之一。

膝电压的大小与多个因素有关。首先是IGBT的设计和制造工艺。采用不同的工艺和材料选择可能导致不同的膝电压水平。其次是工作温度。温度上升会增加载流子的热激活能量，减小导电通道的电阻，进而减小膝电压。此外，由于控制端电流的不足或者IGBT内部不均匀的电流分布，也会导致膝电压的增加。IGBT的膝电压对其性能和应用有重要影响。首先，膝电压影响着IGBT的开关速度。在IGBT切换过程中，膝电压会导致能量损耗，影响开关速度和效率。当膝电压较高时，即使控制端施加较高的电压，导通过程仍然存在较大的电阻，导致开关速度变慢。其次，膝电压对IGBT的损耗和散热也有直接影响。膝电压愈高，能耗和损耗也愈大，散热效果也较差。此外，膝电压还会影响IGBT的电流承受能力和耐压能力。为了降低膝电压，IGBT的制造技术和结构设计都在不断改进。例如，采用一些高压大电流IGBT芯片并行的方式，将电流分担到多个芯片中，从而减小膝电压和功耗。此外，设计师们还通过改变材料配比、改良导电通道结构等方法来改进IGBT的特性，以降低膝电压和提高工作效率。

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