IGBT的基本特性仿真研究

郝保明，许海峰，李 彪，陈欣欢

（宿州学院 机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000）

PSpice自从问世以来，就迅速得到了广泛应用，并且具有快速、准确的仿真功能[1].虽然包括PSpice、Saber等在内的许多模拟软件具有很齐全的功能，能够进行准确模拟，但通常不能直接对IGBT和功率MOSFET器件性能进行仿真[2].原因是：第一，这些模拟软件通常并没有功率器件模型的库；第二，一般来说这些软件需要器件的初始条件，包括工艺数据等参数.

1 IGBT的简化结构

以NPN型IGBT为例，N-IGBT是三端器件，其基本结构是由N沟道的VDMOSFET与双极型晶体管BJT两部分所组成[3]，简化结构如图1所示：

图1 简化结构图

从简化结构可以看出IGBT相当于两个级：输入级和输出级.其中，输入级是MOSFET，输出级是PNP晶体管.输入控制着输出，是一种电压控制型器件.其开通和关断是由栅极和发射极间电压UGE所决定的.当给IGBT栅极一个正向电压降时，IGBT就能够自动导通；当给IGBT的栅极一个反向的负电压时，IGBT就会自动关断.流过MOSFET的电流为IGBT电流的主要部分，MOSFET的参数取值决定了IGBT的特性，包括其开关和存储时间等.

2 IGBT的基本特性仿真

2.1 静态特性

IGBT的静态特性包括转移与输出共两种特性.所谓转移特性指的是IGBT的集电极电流IC和IGBT的栅极与发射极间电压UGE的变化关系[4].仿真特性曲线电路如下图2所示，并对ZT1和ZT2两种状态的特性曲线分别作了对比.

图2 仿真特性曲线电路图

转移特性曲线(ZT1)如图3所示，横轴V_V2表示栅极与发射极间电压UGE，纵轴-I（R1）表示集电极电流IC.其中参数设置是：V_V2的变化范围……