IGBT的等效电路大全
图1 是N型IGBT的等效电路。等效NPN管是MOSFET形成时寄生的;等效JFET主要是由漂移区形成的;等效电阻RB主要由基区等效电阻构成,也包括漂移区、缓冲区(NPT型除外)、源区的等效电阻;等效PNP管才是导电通道的主角。
在正常情况下,JFET相当于串联在MOSFET漏极与PNP管基极之间的电阻RD,简化电路如图2(a)所示,这是目前比较常见的等效电路。这时候寄生的NPN管与PNP管相当于一个SCR,故IGBT的等效电路可进一步简化为图2 (b),这正是IGBT 电流密度比BJT大的内在原因。
正常情况下,寄生的NPN管并不起作用,故 IGBT 等效电路又可简化为图3。这时候的IGBT 就是一个VMOS+PNP型的BJT,相当于一个VMOS输入级的NPN达林顿管,而输出级是一个BJT,故IGBT容易驱动且输出特性与BJT类似。由于达林顿管的极性最终由输入级决定、与输出级无关,而输入级的MOSFET是N沟道的,形成的达林顿也是NPN型的,因此等效 PNP管的集电极是IGBT的发射极,而等效 PNP管的发射极是IGBT的集电极。
对于BJT而言,早期大功率PNP管的性能往往不如NPN管,所以常常用一个PNP的小功率管与一个大功率的NPN管组成一个大功率的PNP达林顿管,很好地解决了大功率NPN管与PNP管性能不对等的问题。但是,双极性达林顿管的速度远低于BJT,所以即使是同等 电 流规格,达林顿管也不能与IGBT相媲美。
如果将IGBT看成一个P-N-P-N 4 层结构的器件,也可以将IGBT看作图1. 17所示更为简化的等效电路。这个等效电路可以解释IGBT的饱和压降为什么至少为一个二极管的压降;也能够说明,在低 电压领域,VMOS的自身功耗更小。