绝缘栅双极型晶体管的相关实例_生活广记

IGBT作为开关使用时，为使通态压降UcE低，通常选择为氏E值为10一15v，此情况下通态压降接近饱和值。UGE值影响短路破坏耐量(时间)，耐量值为微秒级，UG 。值增加，短路破坏耐量(时间)减少。门极电阻R 。的取值影响开关时间，RG值大，开关时间增加，单个脉冲的开关损耗增加。但RG值减小时，di/dt增大，可能会导劲GBT误导通。R殖一般取几十欧至几百欧。主要参数Ic为集电极额定最大直流电流;U(BocES为门极短路时的集一射极击穿电压;尸C为额定l日ey日onshonshuong]!x一ng}ing丈}guon绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebiPolartransistor，IG召T)一种场控自关断的电力电子器件，又称绝缘门极双极型晶体管。此种晶体管在80年代迅速发展起来。IGBT的等效电路、图形符号如图(a)所示，图(b)、(c)分别为其转移特性和输出特性。IGBT的输人驱动级为N沟道增强型绝缘栅场效应晶体管MOSFET ，输出级为电力晶体管(GTR) ，形成达林顿晶体管电路结构。因此IGBT兼有MOSFET高输人阻抗、快开关速度和GTR的高电流密度、低通态压降的优点，但IGBT的门极偏置(又称栅极偏置)对特啊性影响很大。门极偏置IGBT的导通和关断是由门极电压控制的。如图(b)所示，当门极电压UGE大于N沟道MOSFET的闭值电压(开启电压)UGE(th)时，MOSFET导通，从而给PNP管提供基极电流而使其导通;当门极电压小于氏E(th)啊时，MOSFET关断，PNP管无基极电流流过而截止。如图( 。)所示，当IGBT导通时，工作在特性曲线电流上升区域，UGE增大时，UcE值减小。的最大耗散功率;UcE(sat)为集一射极间的饱和压降;IcE(、，为门极短路时集电极最大关断电流;Rth为结壳间的最大热阻;T为最高工作温度。发展表中列出了各代IGBT器件的典型特性参数。IGBT发展非常迅速，正在向高频、高压、大电流以及降低器件的开关损耗和通态损耗方向发展。已研制出电压高达RN任啊于二Go一』(a)它珑功勺(b)鲡电为50O0V，10DA/emZ流密度下UCE、。认，E，鲡鲡2.SV左右的IGBT 。IGBT、功率MOSF-ET发展前景广阔，已成为中、小功率低压应用领域的主导器件。由于IGBT特性参数优越，，预计2000年功率达IMVA的GTR和GTO逆变器，将被IGBT逆变器所替代。UOE>陇E ，
IGBT在工作的时候的特点是什么IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给 PNP 晶体管提供基极电流，使 IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使 IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和 MOSFET 基本相同，只需控制输入极 N 一沟道 MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。
当 MOSFET 的沟道形成后，从 P+ 基极注入到 N 一层的空穴（少子），对 N 一层进行电导调制，减小 N 一层的电阻，使 IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。
IGBT 的工作特性包括静态和动态两类：
1 ．静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
IGBT 的伏安特性是指以栅源电压 Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压 Ugs 的控制，Ugs 越高， Id 越大。它与 GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区 1 、放大区 2 和击穿特性 3 部分。在截止状态下的 IGBT ，正向电压由 J2 结承担，反向电压由 J1 结承担。如果无 N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入 N+ 缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些应用范围。
【绝缘栅双极型晶体管的相关实例】
IGBT 的转移特性是指输出漏极电流 Id 与栅源电压 Ugs 之间的关系曲线。它与 MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压 Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在 IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内，Id 与 Ugs 呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为 15V 左右。
IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时，由于它的 PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其 B 值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过 MOSFET 的电流成为 IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压 Uds(on) 可用下式表示
Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh
式中 Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为 0.7 ～ IV ；
Udr ——扩展电阻 Rdr 上的压降；
Roh ——沟道电阻。
通态电流 Ids 可用下式表示：
Ids=(1+Bpnp)Imos
式中 Imos ——流过 MOSFET 的电流。
由于 N+ 区存在电导调制效应，所以 IGBT 的通态压降?。?耐压 1000V 的 IGBT 通态压降为 2 ～ 3V。
IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。
2 ．动态特性 IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为 MOSFET 来运行的，只是在漏源电压 Uds 下降过程后期，PNP 晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on) 为开通延迟时间，tri 为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间 ton 即为 td (on) tri 之和。漏源电压的下降时间由 tfe1 和 tfe2 组成，
IGBT 在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为 MOSFET 关断后， PNP 晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间， td(off) 为关断延迟时间， trv 为电压 Uds(f) 的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间 Tf 由 t(f1) 和 t(f2) 两段组成，而漏极电流的关断时间
t(off)=td(off)+trv 十 t(f)
式中，td(off) 与 trv 之和又称为存储时间。
IGBT工作特性
静态特性
IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高，Id 越大。它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。在截止状态下的IGBT，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时， IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内，Id 与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时，由于它的PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其B 值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on) 可用下式表示 Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh 式中Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为0.7 ～1V ；Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降；Roh ——沟道电阻。通态电流Ids 可用下式表示：Ids=(1+Bpnp)Imos 式中Imos ——流过MOSFET 的电流。由于N+ 区存在电导调制效应，所以IGBT 的通态压降小，耐压1000V的IGBT 通态压降为2 ～ 3V。IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。
动态特性
IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET 来运行的，只是在漏源电压Uds 下降过程后期， PNP 晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on) 为开通延迟时间，tri 为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton 即为td(on)tri 之和。漏源电压的下降时间由tfe1 和tfe2 组成。IGBT的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。因为IGBT栅极- 发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行触发，不过由于IGBT的输入电容较MOSFET为大，故IGBT的关断偏压应该比许多MOSFET驱动电路提供的偏压更高。IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为MOSFET关断后，PNP晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，td(off)为关断延迟时间，trv为电压Uds(f)的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成，而漏极电流的关断时间t(off)=td(off)+trv十t(f)式中，td(off)与trv之和又称为存储时间。IGBT的开关速度低于MOSFET，但明显高于GTR 。IGBT在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。IGBT的开启电压约3～4V ，和MOSFET相当。IGBT导通时的饱和压降比MOSFET低而和GTR接近，饱和压降随栅极电压的增加而降低。正式商用的IGBT器件的电压和电流容量还很有限，远远不能满足电力电子应用技术发展的需求；高压领域的许多应用中，要求器件的电压等级达到10KV以上，目前只能通过IGBT高压串联等技术来实现高压应用。国外的一些厂家如瑞士ABB公司采用软穿通原则研制出了8KV的IGBT器件，德国的EUPEC生产的6500V/600A高压大功率IGBT器件已经获得实际应用，日本东芝也已涉足该领域。与此同时，各大半导体生产厂商不断开发IGBT的高耐压、大电流、高速、低饱和压降、高可靠性、低成本技术，主要采用1um以下制作工艺，研制开发取得一些新进展。