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IGBT的關斷瞬態分析—電荷存儲變化趨勢(3)

冬至子 ? 來源:橘子說IGBT ? 作者:orange ? 2023-12-01 14:06 ? 次閱讀

至此,我們完整地分析了關斷瞬態過程中IGBT內部的空穴濃度分布變化從而引起的電荷存儲變化,而電荷對時間的變化率即對應電流。(6-47)是通過泰勒展開的一階近似得到的結果,而瞬態實際過程中需要更為精確的空穴濃度分布,才能獲得精確的電壓波形,下面我們對(6-47)進行修正。

首先,根據電荷守恒原則,先寫出空穴的連續性方程如下(空穴的變化等于體外流入的電荷與體內復合的電荷之和):

圖片

將(6-6)對圖片求導得到圖片,并代入(6-51),同時考慮到

1.IGBT器件內部電流處處相等,即圖片
2.大注入圖片,化簡即可得到雙極型擴散方程,

圖片

其中圖片。將(6-47)對時間求導,然后將(6-48)代入其中可以得到圖片

圖片

將(6-47)和(6-53)代入(6-52)得到擴散方程變形如下,

圖片

注,上述表達式中圖片的變量。

將(6-54)對圖片兩次求積分,即可得到圖片修正表達式如下:

圖片

系數圖片圖片可以通過邊界條件, 圖片以及圖片計算得到,如下,

圖片

若將(6-56)代入(6-55),并分離圖片圖片后可以得到圖片

對比(6-47),顯然(6-57)多了一些修正項。在某時刻圖片,若對(6-57)從圖片積分,再乘以圖片,則可以得到瞬態過程中更為準確的電荷總量,積分過程略去,結果如下,

圖片

對照(6-49),(6-58)多了一個修正項圖片,一般情況下, 圖片,那么(6-58)就趨近于(6-49)了。

由此可以看出,空穴電荷濃度分布既與基區寬度圖片有關,也與基區寬度隨時間的變化率圖片有關;而電荷總量則只與基區寬度圖片有關。

更進一步地,只要準確得知圖片圖片的時間維度表達式,那么就可以得知任意時刻的電荷濃度空間分布以及該時刻的電荷總量與時間的關系,當然這就與外圍拓撲電路相關,要得到具體的時間表達式,就需要針對不同的拓撲單獨討論。

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