【導讀】這要從IGBT的平面結構說起。IGBT和MOSFET有類似的器件結構，MOS中的漏極D相當于IGBT的集電極C，而MOS的源極S相當于IGBT的發(fā)射極E，二者都會發(fā)生退飽和現(xiàn)象。下圖所示是一個簡化平面型IGBT剖面圖，以此來闡述退飽和發(fā)生的原因。柵極施加一個大于閾值的正壓VGE，則柵極氧化層下方會出現(xiàn)強反型層，形成導電溝道。

如下圖，是IGBT產品典型的輸出特性曲線，橫軸是C，E兩端電壓，縱軸是歸一化的集電極電流?？梢钥吹絀GBT工作狀態(tài)分為三個部分：

1、關斷區(qū)：CE間電壓小于一個門檻電壓，即背面PN結的開啟電壓，IGBT背面PN結截止，無電流流動。

2、飽和區(qū)：CE間電壓大于門檻電壓后，電流開始流動，CE間電壓隨著集電極電流上升而線性上升，這個區(qū)域稱為飽和區(qū)。因為IGBT飽和電壓較低，因此我們希望IGBT工作在飽和區(qū)域。

3、線性區(qū)：隨著CE間電壓繼續(xù)上升，電流進一步增大。到一定臨界點后，CE電壓迅速增大，而集電極電流并不隨之增長。這時我們稱IGBT退出了飽和區(qū)。在這個區(qū)間內，IGBT損耗增加，發(fā)熱嚴重，是需要避免的工作狀態(tài)。

(a) IGBT的正常工作狀態(tài)

(b) IGBT的退飽和狀態(tài)

IGBT的安全工作區(qū)

第一節(jié)我們講到了IGBT需要工作在飽和區(qū)，但是，并不是所有的飽和區(qū)都適合IGBT工作。事實上，IGBT的安全工作區(qū)只占整個輸出特性曲線的很小一部分，多數(shù)器件標稱的安全工作區(qū)電流在2~4倍額定電流之間，如下圖綠色區(qū)域所示。在這個區(qū)域器件經過100%的出廠測試，可以進行連續(xù)開關操作。當然，在安全工作區(qū) 里也并不意味著能隨心所欲為所欲為，你需要保證連續(xù)工作時IGBT結溫 不超最大限制，你需要保證關斷時電壓尖峰不超額定電壓，你還需要保證選擇的門極電阻 不能太小，以免引起震蕩，也不能太大，以免增加損耗，以及其它等等注意事項。

如果器件的電流在超過了安全工作區(qū)所定義的電流，即使它仍然處于飽和狀態(tài)，即上圖中的紅色區(qū)域，這時關斷器件仍然是有風險的！是器件禁止進入的工作狀態(tài)。此時，必須使器件電路降回到安全工作區(qū)電流，或者使器件退飽和，即進入上圖所示黃色區(qū)域的短路工作區(qū)，在特定的短路時間內，才可以安全關斷。

那么如果器件一直工作在飽和區(qū)，雖然電流超過了安全工作區(qū)，但是仍低于短路電流 ，比如落在圖3中的紫色區(qū)域中，這時候能不能安全關斷呢？答案依然是否定的。只要器件電流超出了安全工作區(qū)，但又沒有進入短路安全工作區(qū)，就請不要關斷！不要關斷！不要關斷！

在實際應用中，退飽和現(xiàn)象一般發(fā)生在器件短路時，但是退飽和區(qū) 只能有一小部分作為短路安全工作區(qū)。這時CE電壓上升到母線電壓，電流一般是額定電流的4~8倍（見各器件規(guī)格書），功率異常增大，結溫急劇上升，不及時關斷器件就有可能燒毀器件。多數(shù)IGBT有一定的短路承受時間，一般在10us之內，具體參見各產品規(guī)格書 。

從器件輸出曲線可以看出，隨著門極電壓 的上升，短路電流也急劇上升，因此規(guī)格書承諾的短路能力一般都建立在特定的門極電壓基礎上，一般是15V。因此圖3所示的短路安全工作區(qū)門極電壓限制在15V以下。

以IKW25N120T2為例，在門極電壓VGE=15V，母線電壓600V，器件結溫小于175℃的情況下，器件有最多10us的短路時間。在10us之內，器件可以被安全的關斷。

因此可以通過設計實現(xiàn)驅動電路精確快速的短路保護 電路，從而保護IGBT在發(fā)生短路后進行可靠關斷。

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