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IGBT的穩態分析—電流與電荷分布關系修正

冬至子 ? 來源:橘子說IGBT ? 作者:orange ? 2023-12-01 10:59 ? 次閱讀

如前所述,修正圖片圖片圖片的關系關鍵在于要重新基于BJT結構模型來建立圖片圖片的關系。我們知道,IGBT導通狀態時,BJT發射極的PN結處于正偏狀態,內建電場被削弱,電流主要來自于擴散電流,即,

圖片

回顧《IGBT中的若干PN結》中關于PN結導通狀態的分析,當圖片時,

圖片

圖片

其中圖片,表示PN結P型區域的少子濃度;圖片(大注入),表示PN結N型區域的少子濃度, 圖片是外加電壓,通常情況下圖片,因此(6-13)可以簡化為:

圖片

其中, 圖片,將(6-14)帶入(6-15)就可以得到圖片圖片的關系如下,

圖片

進一步地,我們上述修正帶入(6-6)中,就可以得到準確的圖片圖片圖片的關系,以電子電流圖片為例,具體操作如下,首先將(6-10)帶入(6-6)

圖片

圖片,根據(6-17)可以得到

圖片

用(6-17)減去(6-18),并帶入(6-16)可以得到修正后的電子電流圖片

圖片

同理,可以得到修正后的空穴電流圖片

圖片

根據(6-19)和(6-20)可以看出,電子電流和空穴電流的分布取決于圖片,與之前分析一樣,我們最好能建立圖片與總電流圖片之間的關系,顯然(6-11)已經不再適用。因為圖片,IGBT中處處相等,將(6-19)與(6-20)相加即可得到他們之間的關系如下:

圖片

確定圖片后,(6-21)是一個關于變量圖片的一元二次方程,很容易求解,且考慮到圖片不能為負, (6-21)求解時只取正值即可。對比修正前后圖片以及多余載流子濃度分布隨圖片的變化如下圖所示,顯然,模型修正后,圖片以及多余載流子濃度顯著下降。

同理,我們來看看修正后的電子電流即空穴電流分布如圖中實線與虛線的對比(假設總電流密度為圖片)。

虛線是根據PIN模型計算得到的電子電流及空穴電流分布,很明顯結果符合PIN模型的邊界條件設置,即圖片;實線為根據BJT模型修正后的電子電流和空穴電流分布,顯然圖片

修正后的模型更切合實際,由此得出的圖片圖片以及圖片圖片將作為后續關斷瞬態分析的初始條件。

圖片

圖片

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