可以通過用 n 摻雜區(qū)域部分中斷 p 摻雜集電極區(qū)域來構(gòu)建反向?qū)щ?IGBT。這會產(chǎn)生二極管功能，但仍有足夠的區(qū)域供 IGBT 將少數(shù)載流子注入漂移區(qū)，以實現(xiàn)低正向電壓 (VCE(sat))。
　　采用這種方法時，二極管的功能取決于柵極控制的狀態(tài)。這種類型的器件專為硬開關(guān)應用而設計，被稱為帶二極管控制的反向傳導 IGBT (RCDC-IGBT)?！　?.5 kV RCDC-IGBT 靜態(tài)二極管性能與柵極電壓的關(guān)系。橫截面：紅色為 p 型摻雜，綠色為 n 型摻雜。Tvj=125 °C

　　圖 1：6.5 kV RCDC-IGBT 靜態(tài)二極管性能與柵極電壓的關(guān)系。橫截面：紅色為 p 型摻雜，綠色為 n 型摻雜。Tvj=125 °C
　　損耗最佳 RCDC-IGBT 性能
　　RCDC-IGBT 柵極狀態(tài)對二極管的正向特性有顯著影響。從靜態(tài)損耗角度來看，在二極管導通模式下，柵極需要關(guān)閉。當 VGE=-15 V 時可實現(xiàn)最低 VF，當 VGE=0 V 時，VF 稍高。由于 VF 對應于芯片內(nèi)部的載流子密度，因此為了實現(xiàn)最低的動態(tài)損耗和最低的 Qrr，應將 VF 選為高值。
　　決定如何在二極管導通模式下驅(qū)動柵極將取決于應用的脈沖頻率和二極管關(guān)閉前去飽和的能力。
　　特殊的柵極驅(qū)動方面
　　低損耗 RCDC-IGBT 操作的柵極驅(qū)動器需要能夠：
　　檢測二極管導通模式并防止 RCDC-IGBT 柵極導通
　　在二極管關(guān)斷之前將 VGE 驅(qū)動至 15 V，使 RCDC-IGBT 二極管去飽和
　　在典型的 6.5 kV 逆變器脈沖頻率和有限的二極管去飽和時間的情況下，在二極管導通模式下將 VGE 驅(qū)動至 0 V
　　在二極管模式下檢測負載電流過零點，并打開 RCDC-IGBT 柵極，實現(xiàn)從二極管到同一開關(guān)的 IGBT 的平滑電流轉(zhuǎn)換　　檢測 IGBT 模式下的負載電流過零點，并關(guān)閉 RCDC-IGBT 柵極，實現(xiàn)低損耗二極管操作

　　RCDC 柵極驅(qū)動器控制方案流程圖
　　圖 2：RCDC 柵極驅(qū)動器控制方案流程圖
　　檢測二極管導通模式
　　在傳統(tǒng)逆變器中，正向?qū)↖GBT在互鎖時間段開始時關(guān)閉。對于反向二極管，這意味著首先阻斷電壓降低，然后電流開始上升。一旦互鎖時間段結(jié)束，二極管的反向并聯(lián) IGBT 柵極就會打開。對于 RCDC-IGBT，需要通過柵極驅(qū)動器邏輯阻止導通二極管的反向并聯(lián) IGBT 的打開。
　　建議在從控制側(cè)執(zhí)行開啟命令之前監(jiān)控開關(guān)的 VCE。在這種情況下，在聯(lián)鎖時間結(jié)束之前，二極管開關(guān)兩端的電壓很低，清楚地表明二極管正在導通?！　o去飽和脈沖的二極管檢測

　　圖 3：無去飽和脈沖的二極管檢測
　　為使二極管去飽和，每個柵極驅(qū)動器的互鎖時間是單獨計算的。因此，高端和低端柵極驅(qū)動器輸入信號將同時改變。控制信號的下降沿立即執(zhí)行，關(guān)閉 LS-IGBT 柵極。IGBT 正常關(guān)閉，高端開關(guān)兩端的電壓降低。電壓檢測器檢查高端開關(guān)的 VCE 是否低于定義的閾值（顯示為“VCE 低”）。在這種情況下，一旦檢測器輸出“VCE 低”發(fā)生變化，高端開關(guān)將進入二極管導通模式，柵極 (VGE) 將從 -15 V 切換到 0 V。
　　高壓檢測器是一個簡單的頻率補償分壓器。在高壓應用中，此電路通常存在于柵極驅(qū)動器級中，用于去飽和檢測，并且不會在物料清單 (BOM) 中添加任何額外部件?！　ワ柡兔}沖的二極管檢測

　　圖 4：采用去飽和脈沖的二極管檢測
　　二極管去飽和
　　檢測二極管導通狀態(tài)并保持相應的開關(guān)柵極處于關(guān)斷狀態(tài)可確保器件內(nèi)部的高載流子密度，從而保持較低的 VF 值。然而，對于動態(tài)損耗減少而言，這種情況并不理想，因為高載流子密度會導致高 Qrr，從而導致 IGBT 導通和二極管關(guān)斷損耗較高。
　　如果二極管開關(guān)柵極在二極管關(guān)閉之前打開，則工作點將從低 VF 輸出曲線移至高 VF 輸出曲線，二極管載流子濃度會降低，對動態(tài)損耗產(chǎn)生很大影響。6.5 kV RCDC-IGBT 的典型去飽和時間為 20 至 100 ?s。
　　對于實際實施，驅(qū)動器需要準確預測二極管關(guān)斷的時間點。這對應于相反的 IGBT 導通，這（基于信號定義）是在 IGBT 開關(guān)控制信號從低變?yōu)楦卟⑶衣?lián)鎖時間 t interlock結(jié)束后執(zhí)行的。
　　圖 4 說明了這種方法。檢測到高端開關(guān)二極管導通狀態(tài)，并將柵極切換至 VGE=0。現(xiàn)在，高端和低端柵極輸入信號同步變化。低端柵極驅(qū)動器計算互鎖時間，并在互鎖時間結(jié)束時打開低端 IGBT?！　《O管開關(guān)柵極驅(qū)動器通過將 VGE 驅(qū)動至 15 V 來產(chǎn)生去飽和脈沖。在聯(lián)鎖定時器結(jié)束之前，半橋中不會發(fā)生主動開關(guān)。二極管開關(guān)的柵極驅(qū)動器在去飽和時間 (tdesat) 內(nèi)將 VGE 保持在 15 V。tdesat 的持續(xù)時間短于 t interlock，因為必須加上剩余的鎖定時間 t lock 。鎖定時間應保持較小以防止二極管再次飽和，從而降低去飽和的影響。6.5 kV RCDC IGBT 的 t lock的典型值為0.5 s。

　　簡化的 RCDC-IGBT 半橋系統(tǒng)，
　　t4 時負載電流過零的示意圖波形，電流 IC(HS) 在 t2 ≤ t < t5 期間流過二極管，在 t5 ≤ t < t6 期間流入 IGBT
　　圖 5：a) 簡化的 RCDC-IGBT 半橋系統(tǒng)，b) t4 時負載電流過零的示意圖波形，電流 IC(HS) 在 t2 ≤ t < t5 期間流過二極管，在 t5 ≤ t < t6 期間流入 IGBT
　　采用這種方法，二極管去飽和持續(xù)時間與應用可容忍的最大聯(lián)鎖時間相對應。較長的聯(lián)鎖時間可確保最佳設備性能，但會降低系統(tǒng)的動態(tài)響應。使用非常小的柵極電阻可使去飽和脈沖的時間常數(shù)最短，并產(chǎn)生最佳的去飽和結(jié)果。圖 2 將此電阻稱為 RGD，而標稱柵極電阻稱為 RGI(on) 和 RGI(off)。
　　考慮到實際的 6.5 kV 牽引逆變器系統(tǒng)頻率為幾百赫茲，最大聯(lián)鎖時間為 20s，如果柵極在二極管導通模式下以 0 V 運行，則 RCDC-IGBT 性能最佳。在這種情況下，靜態(tài)二極管損耗略高于 VGE=-15 V 時的操作。由于 Qrr 低于 VGE=-15 V 二極管操作，因此總損耗最小化。對于其他頻率和較長的去飽和時間，最佳操作時間將有所不同。
　　負載電流過零方法：二極管至 IGBT
　　如果在傳統(tǒng)逆變器方法中二極管導通，則負載電流可能會改變極性，因為反并聯(lián) IGBT 通常通過柵極導通。對于 RCDC-IGBT，必須檢測到這種情況并立即導通柵極，以避免中斷負載電流。
　　如果 PN 二極管導通且電流降至零，則二極管仍充滿載流子，即使反向并聯(lián) IGBT 柵極未導通，負載電流仍可反向流動。在圖 5a 中，負載電流 (IL) 在 t4 時改變方向，但 IC(HS) 仍流過二極管。高端 IGBT 柵極保持關(guān)閉狀態(tài)，因為其控制信號為低。一旦二極管中的載流子被負載電流耗盡，二極管兩端的電壓就會在時間 t5 反轉(zhuǎn)。與硬開關(guān)事件中的 di/dt 相比，負載電流 di/dt 較小?！　艠O驅(qū)動器必須在二極管導通時檢查正 VCE。一旦 VCE 變?yōu)檎瑬艠O就會立即導通。檢測電路必須能夠?qū)Φ驼?VCE 電壓做出反應，以避免輸出電壓變化變得過高。在圖 5a 中，在時間 t5 時，這種影響被夸大了。建議使用帶有高壓二極管鏈、電流源和比較器的經(jīng)典去飽和檢測電路。

　　負載電流過零，從 VGE=15 V 的二極管 (IC0) 換向；檢測器識別到過零事件時，VCE 的增加非常?。ㄒ姴鍒D），負載電流不中斷
　　圖 6：負載電流過零，從二極管 (IC0) 換向，VGE=15 V；檢測器識別到過零事件時，VCE 的增加非常?。ㄒ姴鍒D），負載電流沒有中斷
　　圖 6 顯示了通過 H 橋配置中的 RCDC IGBT 從二極管到 IGBT 的負載電流換向。柵極驅(qū)動器電路檢測到 VCE 的微小增加（插圖）并打開 RCDC-IGBT 柵極。負載電流改變極性而不會中斷或出現(xiàn)過度電壓失真。
　　負載電流過零方法：IGBT 至二極管
　　除了負載電流從二極管到 IGBT 的轉(zhuǎn)換之外，電流還可以改變方向，從 IGBT 流到反并聯(lián)二極管。這不會有中斷負載電流的風險，因為柵極保持導通狀態(tài)，二極管吸收電流。如果 VGE 保持在 15 V，VF 會不必要地高，因此靜態(tài)損耗會增加，直到收到下一個控制命令。建議再次使用建議的去飽和電路，檢測 RCDC-IGBT 兩端的小 VCE 電壓。由于 VF 最初很高，因此從 IGBT 到二極管導通的 VCE 電壓差也會變高，并且很容易檢測到。　　用于在傳統(tǒng)逆變器系統(tǒng)中操作 RCDC-IGBT 的示意圖柵極驅(qū)動電路，從逆變器控制級只需要提供 ctrl 信號，所有 RCDC-IGBT 特定信息都在柵極驅(qū)動電路內(nèi)部生成和處理。

　　圖 7：在傳統(tǒng)逆變器系統(tǒng)中操作 RCDC-IGBT 的原理圖柵極驅(qū)動電路，從逆變器控制級只需要提供 ctrl 信號，所有 RCDC-IGBT 特定信息都在柵極驅(qū)動電路內(nèi)部生成和處理。
　　驅(qū)動方案
　　圖 2 顯示了完整的 RCDC-IGBT 柵極驅(qū)動器控制方案。狀態(tài)機能夠處理所有基本的 RCDC-IGBT 柵極驅(qū)動要求，包括二極管導通模式檢測、二極管去飽和、從二極管到 IGBT 的負載電流過零以及反之亦然。
　　圖 7 顯示了所使用的柵極驅(qū)動器。如果需要 IGBT 開關(guān)，則使用柵極電阻 RGI(on) 和 RGI(off)。如果需要最小時間常數(shù)開關(guān)來使二極管去飽和，則使用相對較小的 RGD。先進的 H 橋概念允許在二極管導通時將 VGE 驅(qū)動至 0 V。
　　在高壓 IGBT 柵極驅(qū)動器中，通常使用高壓分壓器進行去飽和檢測。RCDC-IGBT 柵極驅(qū)動器具有去飽和電路，該電路由高壓二極管鏈、比較器和電流源組成。從邏輯上講，狀態(tài)機處理三個二進制輸入信號“ctrl”、“VCE”和“HV desat”。