IGBT中的若干PN结—PNPN结构介绍

在前文的PNP结构中，我们描述了一种现象，如果IGBT中的两个BJT都处于工作状态，那么就会发生失控，产生latch-up现象。

为抑制这个现象，设计中必须将BJT_1的基极和发射极短路。

这里我们讨论一下，如果不将BJT_1的基极和发射极短路，会出现什么情况。

将BJT_1和BJT_2等效为NPN和PNP互联的电路。

BJT_2的基极与BJT_1的集电极相连， BJT_2的集电极与BJT_1的基极相连。

1.在O点施加一个电流IB1， BJT_1导通，产生电流IC1，且 其中是BJT_1的共发射极增益;

2.因为IC1与BJT_2的基极相连，相当于给BJT_2提供了基极电流IB2，所以BJT_2导通，且，产生电流IC2，同理，

其中是BJT_2的共发射极增益；

3.因为IC2又与BJT_1的基极相连，所以

可见，经过一个循环， BJT_1的基极电流增大了倍。如此反复，通过器件的电流迅速增大，若没有额外的限流措施，那么器件就会损坏。

这种PNPN结构被称为晶闸管，被广泛应用在电力电子控制领域中。从器件的物理特性可以看出，晶闸管一旦开启，就会因为内部BJT自反馈的原因处于持续导通状态，所以若要将处于开通状态的晶闸管关断，就必须施加额外的控制手段，如直接外接电压反向，或者把基极电流抽出，强制BJT关闭，当然这会增加驱动的功耗。

综上，IGBT中的寄生BJT_1的基极和发射极必须短接。

下面做一个简单的推导，在BJT_1的基极和发射极之间串联一个电阻R，会对其增益带来多大的影响。假设基极上施加电压（正偏），且基极和发射极所组成的PN二极管的饱和电流是（饱和电流的定义请回顾PN结二极管的章节）。那么，没有串联电阻R之前，

串联电阻R之后， 相较多一个流经R的之路电流，即，

显然，，那么串联电阻R之后的增益为，

显然，R和是两个关键因素：

1.随着R增大， 趋近于，当Rà0，即短路， 趋近于0；当Rà，即开路，趋近于。

2.随着增大，趋近于，当à0，即短路， 趋近于0；当>0.7，即开路， 趋近于。

所以，IGBT设计中，一定要将BJT_1的基极和发射极短路。