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Word淺談IGBT的閂鎖效應

閂鎖(Lanch-up)效應，一般我們也可以稱之為擎住效應，是由于（IGBT）超安全工作區域而導致的（電流）不可控現象，當然，閂鎖效應更多的是決定于IGBT（芯片）本身的構造。實際工作中我們可能很少聽到一種失效率，閂鎖失效，今天我們就來聊一聊什么是閂鎖效應。

關于IGBT的構造我們這里不再贅述，集MOS和BJT于一身的"男人"，一般我們認為IGBT的理想等效電路如下圖所示

上圖直觀地顯示了IGBT的組成，是對PNP雙極型（晶體管）和功率（MOSFET）進行達林頓連接后形成的單片型Bi-MOS晶體管。

故在G-E之間外加正向電壓使MOS管導通時，PNP晶體管的基極-集電極之間就連上了低電阻，從而使PNP晶體管處于導通狀態。此后，使G-E之間的電壓為零或者負壓時，首先MOS管處于斷路狀態，PNP晶體管的基極電流被切斷，從而使IGBT關斷。所以，IGBT和MOS一樣，都是電壓控制型器件。

那閂鎖效應的產生是在哪里呢?

其實IGBT的實際等效電路與上面我們講到的理想等效電路略有不同，還需要考慮其內部寄生的內容，如下圖

從上圖我們可以看處，實際等效電路是由可控硅和MOS構成的。內部存在一個寄生的可控硅，在NPN晶體管的基極和發射極之間并有一個體區擴展電阻（Rs），P型體內的橫向空穴電流會在Rs上產生一定的電壓降，對于NPN基極來說，相當于一個正向偏置電壓。在規定的集電極電流分為內，這個正偏電壓不會很大，對于NPN晶體管起不了什么作用。當集電極電流增大到一定程度時，該正向電壓則會大到足以使NPN晶體管開通，進而使得NPN和PNP晶體管處于飽和狀態。此時，寄生晶閘管導通，門極則會失去其原本的控制作用，形成自鎖現象，這就是我們所說的閂鎖效應，也就是擎住效應，準確的應該說是靜態擎住效應。IGBT發生擎住效應后，集電極的電流增大，產生過高的功耗，從而導致器件失效。

動態擎住效應主要是在器件高速關斷時電流下降太快(di/dt大)，dv/dt很大，引起的較大位移電流，流過Rs,產生足以使NPN晶體管導通的正向偏置電壓，造成寄生晶閘管的自鎖。

在IGBT中，在有過電流流過時，我們通過控制門極來阻斷過電流，從而進行保護。但是，一旦可控硅觸發，由于可控硅不會由于門極的阻斷（信號）等而進行自動消弧，因此此時的IGBT不可能關斷，最終導致IGBT因過電流而損壞。

那么我們可以怎么樣來防止或者說是減小擎住效應呢?一般有以下幾種技術：

①采用難以產生擎住效應的構造，也就是減小體區擴展電阻Rs;

②通過優化n緩沖層的厚度和摻雜來控制PNP晶體管的hFE;

③通過導入降低壽命的手段來控制PNP晶體管的hFE;

所以，關于IGBT的實際應用，我們是不允許其超安全工作區域的，針對這個，我們采用了很多保護手段。所以，每個元器件，有的時候我們考慮的只是我們需要觀察的，但是其背后的故事則會告訴我們，為什么我們應該這樣去考量。

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