IGBT的关断瞬态分析—电荷存储变化趋势(2)

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描述

可以看出,减小迁移率和载流子寿命,可以增大关断瞬间的电流突变率。

同样地,如稳态分析中一样,若要精确地考虑BJT模型, 电流突变应参考的表达式应该是(6-19),相应的电流突变,推演过程相似,在此不再赘述。

在关断过程中,非耗尽区宽度电流突变会随着IGBT两端电压上升而减小,记为电流突变。随着电流突变变化,电荷分布的边界条件也就发生变化,那么IGBT内部存储的电荷总量并不是单纯地按照(6-40)的e指数关系衰减。

如图所示,在关断过程中,随着IGBT承受电压的增加,耗尽区扩宽,内部(电流突变)区间的电荷,会快速被内建电场抽走,而非耗尽区电流突变区域内的电荷则会按照前述逻辑按e指数衰减。

电流突变

所以,这里我们必须动态地考虑两个因素:1.电压建立引入动态的电流突变;2.动态电流突变引起动态的电流突变,然后在关断的过程中相互影响,直到完全关断,电流突变变为0。

显然,上述变化会引起电流突变变化, 电流突变不再是常数,而是随电流突变变化的电流突变,加入时间变量后,重新书写(6-10)空穴浓度分布如下:

电流突变

将(6-46)从0到电流突变积分即可得到实时的电流突变。该积分过程较为复杂,考虑到通常情况下电流突变的事实,例如,当电流突变电流突变电流突变,而电流突变,而且随着关断过程的进行, 电流突变进一步减小,因此,我们可以通过对(6-46)做泰勒展开,并取其低阶一次项来简化运算。

(注,泰勒展开公式:sinh x = x+x^3/3!+x^5/5!+……+(-1)^(k-1)*(x^2k-1)/(2k-1)!+…… (-∞

电流突变

将(6-47)绘成电流突变电流突变的几何关系如图所示, 不难推导出电流突变电流突变的变化率关系为(感兴趣的读者可尝试自行推导)

电流突变

电流突变

显然电流突变时刻三角形所包围的面积就是该时刻总的电荷存储量电流突变,即

电流突变

反之, 电流突变时刻电流突变处的边界条件与此时的电流突变相关,

电流突变

从(6-48)到(6-50),随着关断过程中电压上升,可以得出如下趋势性的结论:非耗尽区电流突变越来越小,IGBT集电极区域的空穴浓度越来越高。

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