發布日期:2022-10-09 點擊率:50
晶體管" target="_blank">絕緣柵雙極晶體管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)綜合了電力晶體管(Giant Transistor—GTR)和電力場效應晶體管(Power MOSFET)的優點,具有良好的特性,應用領域很廣泛;IGBT也是三端器件:柵極,集電極和發射極。
絕緣柵雙極晶體管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)綜合了電力晶體管(Giant Transistor—GTR)和電力場效應晶體管(Power MOSFET)的優點,具有良好的特性,應用領域很廣泛;IGBT也是三端器件:柵極,集電極和發射極。 IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS結構雙極器件,屬于具有功率MOSFET的高速性能與雙極的低電阻性能的功率器件。IGBT的應用范圍一般都在耐壓600V以上、電流10A以上、頻率為1kHz以上的區域。多使用在工業用電機、民用小容量電機、變換器(逆變器)、照相機的頻閃觀測器、感應加熱(InductionHeating)電飯鍋等領域。根據封裝的不同,IGBT大致分為兩種類型,一種是模壓樹脂密封的三端單體封裝型,從TO-3P到小型表面貼裝都已形成系列。另一種是把IGBT與FWD (FleeWheelDiode)成對地(2或6組)封裝起來的模塊型,主要應用在工業上。模塊的類型根據用途的不同,分為多種形狀及封裝方式,都已形成系列化。IGBT是強電流、高壓應用和快速終端設備用垂直功率MOSFET的自然進化。MOSFET由于實現一個較高的擊穿電壓BVDSS需要一個源漏通道,而這個通道卻具有很高的電阻率,因而造成功率MOSFET具有RDS(on)數值高的特征,IGBT消除了現有功率MOSFET的這些主要缺點。雖然最新一代功率MOSFET器件大幅度改進了RDS(on)特性,但是在高電平時,功率導通損耗仍然要比IGBT 高出很多。IGBT較低的壓降,轉換成一個低VCE(sat)的能力,以及IGBT的結構,與同一個標準雙極器件相比,可支持更高電流密度,并簡化 IGBT驅動器的原理圖。
IGBT 的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道,給PNP 晶體管提供基極電流,使IGBT 導通。反之,加反向門極電壓消除溝道,流過反向基極電流,使IGBT 關斷。IGBT 的驅動方法和MOSFET 基本相同,只需控制輸入極N一溝道MOSFET ,所以具有高輸入阻抗特性。當MOSFET 的溝道形成后,從P+ 基極注入到N 一層的空穴(少子),對N 一層進行電導調制,減小N 一層的電阻,使IGBT 在高電壓時,也具有低的通態電壓。
IGBT 的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性和開關特性。IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓Ugs 為參變量時,漏極電流與柵極電壓之間的關系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs 的控制,Ugs 越高, Id 越大。它與GTR 的輸出特性相似.也可分為飽和區1 、放大區2 和擊穿特性3 部分。在截止狀態下的IGBT ,正向電壓由J2 結承擔,反向電壓由J1結承擔。
如果無N+ 緩沖區,則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平,加入N+緩沖區后,反向關斷電壓只能達到幾十伏水平,因此限制了IGBT 的某些應用范圍。IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關系曲線。它與MOSFET 的轉移特性相同,當柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th) 時,IGBT 處于關斷狀態。在IGBT 導通后的大部分漏極電流范圍內, Id 與Ugs呈線性關系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制,其最佳值一般取為15V左右。IGBT 的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。IGBT 處于導通態時,由于它的PNP 晶體管為寬基區晶體管,所以其B 值極低。盡管等效電路為達林頓結構,但流過MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分。由于N+ 區存在電導調制效應,所以IGBT 的通態壓降小,耐壓1000V的IGBT 通態壓降為2 ~ 3V 。IGBT 處于斷態時,只有很小的泄漏電流存在。
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