IGBT柵電容的組成

　　Ciss= CGE+ CGC輸入電容

　　Coss= CGC+ CEC輸出電容

　　crss = CGC·米勒電容

　　下面更詳細(xì)。

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　　對(duì)于IGBT器件，柵極電容包括四個(gè)方面，如上圖所示:

　　(1)柵極-發(fā)射極金屬電容C1

　　(2)柵-N+源氧化層電容C2

　　(3)柵極-P基極電容Cgp，由C3和C5組成；

　　(4)柵集電極電容Cgc，由C4和C6組成。其中，柵發(fā)射極電容(也叫輸入電容)為Cge = C1+C2+Cgp，柵集電極電容(也叫反向傳輸電容或米勒電容)為Cgc。此外，Cgp隨柵電壓的變化而變化，Cgc隨IGBT集電極電壓的變化而變化。電容Cgp的變化趨勢(shì)如下圖所示。因此，隨著電壓的增加，Cgp的電容先減小，隨著電壓的進(jìn)一步增加，其大小逐漸增大并達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。

　　驅(qū)動(dòng)電路在開啟延遲過(guò)程中的等效電路

　　因?yàn)樵贗GBT的集電極電流上升之前，IGBT仍處于截止?fàn)顟B(tài)，所以相對(duì)于IGBT的截止電壓，柵壓的變化可以忽略不計(jì)。因此，柵壓上升過(guò)程對(duì)柵集電極電容(Cgc)及其電荷量的影響可以忽略不計(jì)，所以導(dǎo)通延遲階段的充電過(guò)程只針對(duì)電容C1、C2和Cgp。因此，結(jié)合驅(qū)動(dòng)電路的等效電路，可以得到驅(qū)動(dòng)電路在充電過(guò)程中的等效電路，如下圖所示:

　　其中Vg為柵極驅(qū)動(dòng)板的輸出電壓，RG為驅(qū)動(dòng)電阻，Cin為驅(qū)動(dòng)板的輸出端口電容，RS和Ls分別為驅(qū)動(dòng)電路的寄生電阻和寄生電感。柵極電壓開始上升一段時(shí)間后，達(dá)到閾值電壓，集電極電流開始上升。這個(gè)過(guò)程也叫開啟延遲，一般表示為td(on)。

　　基于以上分析可以看出，在柵極電壓達(dá)到閾值電壓之前，輸入電容并不是一個(gè)恒定值，而是一個(gè)由大到小，再逐漸增大的過(guò)程。因此，在IGBT導(dǎo)通的過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電路不對(duì)恒定電容充電。下圖顯示了開啟過(guò)程中柵極電壓的上升趨勢(shì):

　　米勒平臺(tái)過(guò)程

　　柵壓上升到一定值后，會(huì)有一個(gè)柵壓保持水平的階段，稱為米勒坪電壓。從上面的分析可以看出，當(dāng)柵極電壓大于閾值電壓時(shí)，IGBT開始通過(guò)正向電流。當(dāng)集電極電流達(dá)到電流時(shí)，續(xù)流二極管反向，IGBT兩端電壓Vce迅速降低，耗盡區(qū)迅速縮小，Vds的電壓也隨之降低。耗盡區(qū)減小和電壓Vds減小的過(guò)程決定了柵壓米勒平臺(tái)的形成過(guò)程。柵極電壓平臺(tái)級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的等效電路圖如下:

　　柵-集電極電容Cgc是電容值和電荷量都發(fā)生變化的過(guò)程，變化過(guò)程不受柵壓控制，而是由變化的集電極電壓決定。在這個(gè)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電路一直在給電容Cgc充電，柵極電壓Vg不上升的原因是電壓Vce一直在下降，這也是米勒平臺(tái)形成的直接原因。在這個(gè)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電路只對(duì)Cgc電容充電。

　　Vce下降后，米勒平臺(tái)繼續(xù)維持，因?yàn)榇藭r(shí)載流子濃度在不斷增加，所以電容值也在增加，所以柵極電壓仍然維持在米勒平臺(tái)電壓。