＞Uth情况下，栅极的沟道形成， N+区的电子通过沟道进入N一漂移区，漂移到J3结，此时J3结是正偏，也向N一区注入空穴，从而在N一区产生电导调制，使IGBT正向导通。
3． IGBT的关断。
在 IGBT处于导通状态时，当栅极电压减至为零，此时Ug＝0＜Uth，沟道消失，通过沟道的电子电流为零，使Ic有一个突降。
但由于N一区注入大量电子、空穴对，IC不会立刻为零，而有一个拖尾时间。
IGBT为四层结构，体内存在一个奇生晶体管，其等效电路如图2－60所示。
在V2的基极与发射极之间并有一个扩展电阻Rbr，在此电阻上P型体区的横向空穴会产生一定压降，对J3结来说，相当于一个正偏置电压。
在规定的漏极电流范围内，这个正偏置电压不大，V2不起作用，当Id大到一定程度时，该正偏置电压足以使V2开通，进而使V2和V3处于饱和状态，于是寄生晶体管开通，栅极失去控制作用，这就是所谓的擎住效应.IGBT发生擎住效应后，漏极电流增大，造成过高功耗，导致损坏。
可见，漏极电流有一个临界值Idm。
，当Id＞Idm时便会产生擎住效应。
在 IGBT关断的动态过程中，假若 dUds／dt过高，那么在J2结中引起的位移电流 Cj2（ dUds/d t）会越大，当该电流流过体区扩展电阻Rbr时，也可产生足以使晶体管V2开通的正向偏置电压，满足寄生晶体管开通擎住的条件，形成动态擎住效应。
使用中必须防止IGBT发生擎住效应，为此可限制Idm值，或者用加大栅极电阻Rg的办法延长 IGBT关断时间，以减少 d Uds /d t值。
值得指出的是，动态擎住所允许的漏极电流比静态擎住所允许的要小，放生产厂家所规定的）Id值是按动态擎住所允许的最大漏极电流来确定的。
安全工作区
安全工作区（ SO A）反映了一个晶体管同时承受一定电压和电流的能力。
IGBT开通时的正向偏置安全工作区（FBSOA），由电流、电压和功耗三条边界极限包围而成。
最大漏极电流 I dm 是根据避免动态擎住而设定的，最大漏源电压 Udsm是由 IGBT中晶体管V3的击穿电压所确定，最大功耗则是由最高允许结温所决定。
导通时间越长，发热越严重，安全工作区则越窄，如图2－61。
所示。
IGBT的反向偏置安全工作区（ R BSO A）如图2－61b所示，它随IGBT关断时的 d Uds／d t 而改变，d Uds／dt越高，RBSOA越窄。
IGBT的驱动与保护技术
1．IGBT的驱动条件驱动条件与IGBT的特性密切相关。
设计栅极驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和 dUds／dt引起的误触发等问题。
正偏置电压Uge增加，通态电压下降，开通能耗Eon也下降，分别如图2－62 a 和b所示。
由图中还可看出，若十Uge固定不变时，导通电压将随漏极电流增大而增高，开通损耗将随结温升高而升高。
负偏电压一Uge直接影响IGBT的可靠运行，负偏电压增高时漏极浪涌电流明显下降，对关断能耗无显著影响，－Uge与集电极浪涌电流和关断能耗Eoff 的关系分别如图 2－63 a 和 b所示。
门极电阻Rg 增加，将使IGBT的开通与关断时间增加；因而使开通与关断能耗均增加。
而门极电阻减少，则又使di/dt增大，可能引发IGBT误导通，同时Rg上的损耗也有所增加。
具体关系如图2-64。
由上述不难得知：
IGBT的特性随门板驱动条件的变化而变化,就象双极型晶体管的开关特性和安全工作区随基极驱动而变化一样。
但是IGBT所有特性不能同时最佳化。
双极型晶体管的开关特性随基极驱动条件（Ib1，Ib2）而变化。
然而，对于 IGBT来说，正如图 2－63和图 2－64所示，门极驱动条件仅对其关断特性略有影响。
因此，我们应将更多的注意力放在IGBT 的开通、短路负载容量上。
对驱动电路的要求可归纳如下：
l） IGBT与 MOSFET都是电压驱动，都具有一个 2． 5～5V 的阈值电压，有一个容性输入阻抗，因此IGBT对栅极电荷非常敏感故驱动电路必须很可靠，要保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与IGBT的连线要尽量短。
2）用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压Uge,有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。
另外，IGBT开通后，栅极驱动源应能提供足够的功率，使IGBT不退出饱和而损坏。
3）驱动电路要能传递几十 kHz的脉冲信号。
4）驱动电平十Uge也必须综合考虑。
＋Uge增大时， IGBT 通态压降和开通损耗均下降，但负载短路时的Ic增大，IGBT能承受短路电流的时间减小，对其安全不利，因此在有短路过程的设备中Uge应选得小些，一般选 12～ 15V。
5）在关断过程中，为尽快抽取 PNP管的存储电荷，须施加一负偏压Uge, 但它受IGBT的G、E间最大反向耐压限制，一般取--1v—-- 10V。
6）在大电感负载下，IGBT的开关时间不能太短，以限制出di/dt形成的尖峰电压，确保IGBT的安全。
7）由于 IGBT在电力电子设备中多用于高压场合，故驱动电路与控制电路在电位上应严格隔离。
8） IGBT的栅极驱动电路应尽可能简单实用，最好自身带有对IGBT的保护功能，有较强的抗干扰能力。
集成化IGBT专用驱动器EXB841
现在，大电流高电压的IGBT已模块化，它的驱动电路除上面介绍的由分立元件构成之外，现在已制造出集成化的 IGBT专用驱动电路。
其性能更好，整机的可靠性更高及体积更小。
集成化驱动电路的构成及性能
下面以富士电机公司EXB系列驱动器为例加以介绍。
EXB850（851）为标准型（最大 10kHz运行），其内部电路框图如图2－65。
所示。
EXB840（841）是高速型（最大 40kHz运行），其内部电路框图如图 2－65b所示。
它为直插式结构，额定参数和运行条件可参考其使用手册。
EXB系列驱动器的各引脚功能如下：
脚1：
连接用于反向偏置电源的滤波电容器；
脚 2：
电源（ ＋ 20V）；
脚3：
驱动输出；
脚4：
用于连接外部电容器，以防止过流保护电路误动作（大多数场合不需要该电容器）；
脚5：
过流保护输出；
脚6：
集电极电压监视；
脚7、8：
不接；
脚9：
电源；
脚 10、 11：
不接；
脚 14、 15：
驱动信号输入（一，＋）；
由于本系列驱动器采用具有高隔离电压的光耦合器作为信号隔离，因此能用于交流 3 80V的动力设备上。
IGBT通常只能承受10us的短路电流，所以必须有快速保护电路。
EXB系列驱动器内设有电流保护电路，根据驱动信号与集电极之间的关系检测过电流，其检测电路如图2－66。
所示。
当集电极电压高时，虽然加入信号也认为存在过电流，但是如果发生过电流，驱动器的低速切断电路就慢速关断 IGBT（< loUs的过流不响应），从而保证1GBT不被损坏。
如果以正常速度切断过电流，集电极产生的电压尖脉冲足以破坏 IGBT，关断时的集电极波形如图 2－ 6 6b所示．
IGBT在开关过程中需要一个十 15V电压以获得低开启电压，还需要一个一5V关栅电压以防止关断时的误动作。
这两种电压 （＋15V和一5V）均可由20v供电的驱动器内部电路产生，如图2--6 6C所示。
EXB841剖析
为了更好地应用 IGBT，有关专家对EXB841作了解剖，经反复测试、整理，得到 EXB841的原理图，如 图2－67所示。
图中参数均为实际测得，引脚标号与实际封装完全相同。
EXB841由放大部分、过流保护部分和 5V电压基准部分组成。
放大部分由光耦合器IS01（TLP550）、V2、V4、V5和R1、C1、R2、R9组成，其中IS01起隔离作用，V2是中间级，V4和V5组成推挽输出。
过流保护部分由 V1、 V3、 VD6、 VZI和 C2、 R3、 R4、 R5、 R6、
C3、R7、R8、C4等组成。
它们实现过流检测和延时保护功能。
EXB84l的脚6通过快速二极管VD7接至IGBT的集电极，显然它是通过检测电压 Uce的高低来判断是否发生短路。
5V电压基准部分由r10, VZ2和 C5组成，既为驱动 IGBT提供一5V反偏压，同时也为输入光耦合器IS01提供副方电源。
详细介绍 EXB841工作原理：
1）正常开通过程
当控制电路使EXB841输入端脚14和脚15有 10mA的电流流过时，光耦合器 IS0l就会导通， A点电位迅速下降至 0V，使 V1和 V 2截止； V 2截止使 D点电位上升至20V， V4导通，V5截止，EXB841通过V4及栅极电阻Rg向IGBT提供电流使之迅速导通 , Uc下降至 3V。
与此同时，V1截止使十 20V电源通R3向电容C2充电，时间常数r1为
r1=R3c2=2·42us（2－17）
又使 B点电位上升，它由零升到 13V的时间可用下式求得:
13＝20（1－e ^ （-t/r1） （2－18）
t=2·54uS （2－19）
然而由于IGBT约lus后已导通，Uce下降至3V，从而将EXB841脚 6电位箝制在 8V左右，因此 B点和C点电位不会充到13V，而是充到8V左右，这个过程时间为1．24us；又稳压管VZ1的稳压值为 13V， IGBT正常开通时不会被击穿， V3不通， E点电位仍为20V左右，二极管VD6截止，不影响V4和V5的正常工作。
2）正常关断过程控制电路使 EXB841输入端脚 14和脚 15无电流流过，光耦合器IS01不通， A点电位上升使V1和 V2导通；V 2导通使 V 4截止， V 5导通， IGBT栅极电荷通过 V 5迅速放电，使EXB841的脚3电位迅速下降至0V（相对于的EXB841脚1低5V），使 IGBT可靠关断， Uce迅速上升，使 EXB841的脚 6“悬空”。
与此同时 V1导通， C2通过 V1更快放电，将 B点和 C点电位箝在 0V，使 VZI仍不通，后继电路不会动作, IGBT正常关断。
3）保护动作
设IGBT已正常导通，则V1和V2截止， V4导通， V 5截止， B点和 C点电位稳定在 8V左右， VZ1不被击穿， V3不导通，E点电位保持为20V，二极管VD6截止。
若此时发生短路，IGBT承受大电流而退饱和，Uce上升很多，二极管VD7截止，则EXB841的脚 6“悬空”， B点和 C点电位开始由 8V上升；当上升至13V时， VZ1被击穿， V 3导通， C4通过R7和 V 3放电， E点电位逐步下降，二极管 VD 6导通时 D点电位也逐步下降，从而使EXB841的脚 3电位也逐步下降，缓慢关断 IGBT。
B点和 C点电位由 8V上升到 13V的时间可用下式求得
13＝20（1--e^ （--t/r1）--8e^ （--t/r1） （2－20）
t＝＝l·3uS （2－21）
C3与R7组成的放电时间常数为
T2＝＝C3R7＝4· 84uS（2－22）
E点由 2 0V下降到 3．6V的时间可用下式求得
3．6= 20e^ （--t/r2）（ 2－23）
t＝8·3uS （2－24）
此时慢关断过程结束， IGBT栅极上所受偏压为0oV（设 V3管压降为 0．3V， V6和 V5的压降为 O．7V）。
这种状态一直持续到控制信号使光电耦合器
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