什么是提柱效应

在IGBT中有一个由一个N-PN+晶体管和一个P+N-P晶体管组成的寄生晶闸管作为主开关器件。其中,NPN晶体管的基极和发射极之间有一个体短路电阻,P体区的横向空穴电流会在这个电阻上产生一个压降,相当于给JBOY3乐队结施加了一个正向偏置。在额定集电极电流范围内,这种偏置太小,不足以接通JBOY3乐队。然而,一旦JBOY3乐队开启,栅极将失去对集电极电流的控制,导致集电极电流增加,并因功耗过大而损坏器件。这种电流失控的现象,就像普通晶闸管在被触发后即使触发信号被取消也保持导通的机制一样,被称为hold-up效应或自锁效应。

原因

除了ic过多,当IGBT处于关断状态时,如果集电极电源电压过高,T1管的漏电流过大,Rbr上的压降可能过高,使T2导通,产生保持效应。

可能发生锁定效应的第三种情况是,在关断过程中,MOSFET会非常快地关断。MOSFET关断后,图1(b)中晶体管T2 J2结的反向偏置电压UBA增加。MOSFET关断越快,集电极电流ic下降越快,UCA = es-r IC上升越快。duCA/dt越大,J2结电容电流C2越高。这个结电容电流通过A点流经Rbr,可能产生较大的压降UAE,使T2导通,产生保持效应,使IGBT失控关断。

产生持留效应的原因可能是集电极电流过大(静态持留效应)或者是duce/dt过大(动态持留效应),温度升高也会加剧持留效应的风险。抱团效应曾经是限制IGBT当前产能进一步提升的主要因素之一,但经过多年努力,这一问题自上世纪90年代中后期以来有了很大改善,促进了IGBT科研制造水平的提升。

预防的

为了防止关断过程中的闩锁效应,一方面要在IGBT的集电极C和发射极E之间并联一个电容来降低关断过程中的duCE/dt,同时可以考虑图1(b)中栅极驱动电路的电阻RG来适当减缓MOSFET的关断过程。这种措施被称为慢关断技术。