IGBT中的若干PN結(jié)—PNPN結(jié)構(gòu)介紹

在前文的PNP結(jié)構(gòu)中，我們描述了一種現(xiàn)象，如果IGBT中的兩個(gè)BJT都處于工作狀態(tài)，那么就會(huì)發(fā)生失控，產(chǎn)生latch-up現(xiàn)象。

為抑制這個(gè)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)中必須將BJT_1的基極和發(fā)射極短路。

這里我們討論一下，如果不將BJT_1的基極和發(fā)射極短路，會(huì)出現(xiàn)什么情況。

將BJT_1和BJT_2等效為NPN和PNP互聯(lián)的電路。

BJT_2的基極與BJT_1的集電極相連， BJT_2的集電極與BJT_1的基極相連。

1.在O點(diǎn)施加一個(gè)電流IB1， BJT_1導(dǎo)通，產(chǎn)生電流IC1，且 其中是BJT_1的共發(fā)射極增益;

2.因?yàn)镮C1與BJT_2的基極相連，相當(dāng)于給BJT_2提供了基極電流IB2，所以BJT_2導(dǎo)通，且，產(chǎn)生電流IC2，同理，

其中是BJT_2的共發(fā)射極增益；

3.因?yàn)镮C2又與BJT_1的基極相連，所以

可見，經(jīng)過一個(gè)循環(huán)， BJT_1的基極電流增大了倍。如此反復(fù)，通過器件的電流迅速增大，若沒有額外的限流措施，那么器件就會(huì)損壞。

這種PNPN結(jié)構(gòu)被稱為晶閘管，被廣泛應(yīng)用在電力電子控制領(lǐng)域中。從器件的物理特性可以看出，晶閘管一旦開啟，就會(huì)因?yàn)閮?nèi)部BJT自反饋的原因處于持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，所以若要將處于開通狀態(tài)的晶閘管關(guān)斷，就必須施加額外的控制手段，如直接外接電壓反向，或者把基極電流抽出，強(qiáng)制BJT關(guān)閉，當(dāng)然這會(huì)增加驅(qū)動(dòng)的功耗。

綜上，IGBT中的寄生BJT_1的基極和發(fā)射極必須短接。

下面做一個(gè)簡(jiǎn)單的推導(dǎo)，在BJT_1的基極和發(fā)射極之間串聯(lián)一個(gè)電阻R，會(huì)對(duì)其增益帶來多大的影響。假設(shè)基極上施加電壓（正偏），且基極和發(fā)射極所組成的PN二極管的飽和電流是（飽和電流的定義請(qǐng)回顧PN結(jié)二極管的章節(jié)）。那么，沒有串聯(lián)電阻R之前，

串聯(lián)電阻R之后， 相較多一個(gè)流經(jīng)R的之路電流，即，

顯然，，那么串聯(lián)電阻R之后的增益為，

顯然，R和是兩個(gè)關(guān)鍵因素：

1.隨著R增大， 趨近于，當(dāng)Rà0，即短路， 趨近于0；當(dāng)Rà，即開路，趨近于。

2.隨著增大，趨近于，當(dāng)à0，即短路， 趨近于0；當(dāng)>0.7，即開路， 趨近于。

所以，IGBT設(shè)計(jì)中，一定要將BJT_1的基極和發(fā)射極短路。