3.4. Кривые рабочих характеристик

Кривые показывают типовые электрические характеристики и максимальный переходный тепловой импеданс IGBT и рекуперационного диода.

3.4.1. Выходные характеристики

Выходные характеристики определяют величину напряжения V_CE, которое имеет IGBT при протекании заданного I_C для заданного значения V_CE. IGBT предназначен для работы в ключевом режиме, и диапазон практического использования напряжения V_CE ограничен областью насыщения.

Рис. 3.17. Выходные характеристики (типовые)

3.4.2. Напряжение насыщения коллектор - эмиттер

Напряжение V_CE(sat) (падение напряжения IGBT во включенном состоянии) является функцией температуры р-п перехода, тока колектора и напряжения затвор - эмиттер. Большее напряжение V_GE увеличивает проводимость канала и, следовательно, понижает V_CE(sat)(см. рис. 3.19.).

Напряжение V_CE(sat) также увеличивается с увеличением тока. Напряжение V_CE(sat) IGBT Н-серий уменьшается при малых токах I_С с увеличением температуры, т.е. оно имеет отрицательный температурный коэффициент, тогда как после точки перехода температурный коэффициент становится положительным (см. рис. 3.18.).

Рис. 3.18. Зависимость напряжения насыщения коллектор - эмиттер от тока I_С

1 - напряжение насыщения коллектор - эмиттер

2 - ток коллектора I_С (амперы)

Рис. 3.19. Зависимость напряжения насыщения коллектор - эмиттер от V_GE

1 - напряжение насыщения коллектор - эмиттер

2 - напряжение затвор - эмиттер (вольты)

3.4.3. Емкость устройства

Так как IGBT является МОП - устройством, управляемым затвором, он имеет три характерных емкости: C_jes, C_oes и C_res. Эти емкости указаны в справочных данных потому что их легко измерить. Они могут быть использованы для определения емкостей р-п перехода IGBT и диффузионных физических емкостей C_GE, C_GC и C_CE по формулам, приведенным в таблице ниже:

C_jes = C_GE + C_GC (параллельное соединение) (измеряется при закороченном С-Е)

C_oes = C_CE + C_GC (параллельное соединение) (измеряется при закороченном G-Е)

C_res = C_GC

Рис.3.20. Типовые значения емкостей IGBT

1 - емкость

2 - напряжение коллектор - эмиттер (вольты)

Все три указанные емкости малы, когда устройство находится в выключенном состоянии. Однако большая доля диффузионной емкости, которая содержится в емкости “ затвор - коллектор”, приводит к их существенному увеличению при малых напряжениях коллектор - эмиттер (рис.3.20.).

Кривые входной емкости приведены для напряжения V_GE = 0 В.

3.4.4. Заряд на затворе

Так как входная емкость изменяется с изменением напряжения V_CE, для определения энергии, требуемой для включения и выключения IGBT, применяется другой параметр: количество заряда, накопленного на затворе. Кривая зависимости заряда Q_G от напряженияV_GE (см. рис. 3.21a) показывает заряд, необходимый для переключения IGBT. Первый наклон кривой соответствует входной емкости в промежутке времени, когда напряжение V_CE = V_CC. Когда напряжение V_GE достигает порогового напряжения V_GE(th), IGBT включается и напряжение V_CE уменьшается. В течение спада напряжения V_CE емкость C_CG быстро возрастает, т.о. предупреждая дальнейшее увеличение напряжения V_GE свыше порогового напряжения V_GE инжектированным зарядом затвора. После того, как IGBT полностью включается, величина емкости снова стабилизируется и инжектированный заряд на затворе приводит к дальнейшему увеличению напряжения V_GE.

При выключении IGBT требуется рассосать такой же заряд в противоположном направлении.

Рис. 3.21а. Заряд на затворе (типовая характеристика) – V_GE

1 – напряжение затвор – эмиттер V_GE (в вольтах)

2 – заряд на затворе (нК)