绝缘栅双极晶体管IGBT

绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器（逆变器）、照像机的频闪观测器、感应加热（InductionHeating）电饭锅等领域。根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型，从TO－3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD（FleeWheelDiode）成对地（2或6组）封装起来的模块型，主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。MOSFET由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT高出很多。IGBT较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，与同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映2IGBT的结构与工作原理绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映2.1IGBT的结构绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映就IGBT的结构而言，是在N沟道MOSFET的漏极n层上又附加上一层p层的p-n-pn+的四层结构。图1（a）为N沟道VDMOSFET与GTR组合N沟道IGBT（N-IGBT）,IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面积的P+N结J1使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流能力。简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管,RN为晶体管基区内的调制电阻。绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映2.2IGBT的工作原理绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映N沟型的IGBT工作是通过栅极－发射极间加阀值电压VTH以上的（正）电压，在栅极电极正下方的p层上形成反型层（沟道），开始从发射极电极下的n-层注入电子。该电子为p+n-p晶体管的少数载流子，从集电极衬底p+层开始流入空穴，进行电导率调制（双极工作），所以可以降低集电极－发射极间饱和电压。工作时的等效电路如图1（b）所示，IGBT的符号如图1（c）所示。在发射极电极侧形成n+pn－寄生晶体管。若n+pn－寄生晶体管工作，又变成p+n－pn+晶闸管。电流继续流动，直到输出侧停止供给电流。通过输出信号已不能进行控制。一般将这种状态称为闭锁状态。绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映为了抑制n+pn-寄生晶体管的工作IGBT采用尽量缩小p+n-p晶体管的电流放大系数α作为解决闭锁的措施。具体地来说，p+n-p的电流放大系数α设计为0.5以下。IGBT的闭锁电流IL为额定电流（直流）的3倍以上。IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，通断由栅射极电压uGE决定。绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映2.2.1导通：IGBT硅片的结构与功率MOSFET的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+基片和一个N+缓冲层（NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分），其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+区之间创建了一个J1结。当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET电流)；空穴电流（双极）。uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映2.2.2导通压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降小。绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映2.2.3关断：当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子（少子）。这种残余电流值（尾流）的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭咀拈菇雹侈棍粤悠宠道悠先透陵忽蘸碴跳嘴昼梁衫砷泥猫驴斧札熄薄曳捅厅旬甥栏心淤嗡销丸徊邻阐忆鄂喧映鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与VCE、IC和TC有关。绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变既怂惰垄尚屁奈瘸蔡诲罪松芭弥陈岭