什么是igbt

2012-01-25 16:46:56来源: 互联网

什么是igbt

IGBT就是
大功率绝缘型场效应管 ,在大功率电源上或变频器上广泛使用.

1.IGBT的基本结构

绝缘栅双极晶体管(IGBT)本质上是一个场效应晶体管,只是在漏极和漏区之间多了一个 P 型层。根据国际电工委员会的文件建议,其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。

图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构,N+区称为源区,附于其上的电极称为源极。 N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区(包括P+和P一区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannel      region )。而在漏区另一侧的 P+ 区称为漏注入区(Drain injector ),它是 IGBT 特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成 PNP 双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。

为了兼顾长期以来人们的习惯,IEC规定:源极引出的电极端子(含电极端)称为发射极端(子),漏极引出的电极端(子)称为集电极端(子)。这又回到双极晶体管的术语了。但仅此而已。

IGBT的结构剖面图如图2所示。它在结构上类似于MOSFET ,其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET 的N+基板(漏极)上增加了一个P+ 基板(IGBT 的集电极),形成PN结j1 ,并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。

      

图1      N沟道IGBT结构                     图2      IGBT的结构剖面图

由图2可以看出,IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR ,其简化等效电路如图3所示。图中Rdr是厚基区GTR的扩展电阻。IGBT是以GTR 为主导件、MOSFET 为驱动件的复合结构。

N沟道IGBT的图形符号有两种,如图4所示。实际应用时,常使用图2-5所示的符号。对于P沟道,图形符号中的箭头方向恰好相反,如图4所示。

     

IGBT 的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极加正电压时,MOSFET 内形成沟道,并为PNP晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通,此时,从P+区注到N一区进行电导调制,减少N一区的电阻 Rdr值,使高耐压的 IGBT 也具有低的通态压降。在栅极上加负电压时,MOSFET 内的沟道消失,PNP晶体管的基极电流被切断,IGBT 即关断。

正是由于 IGBT 是在N 沟道 MOSFET 的 N+ 基板上加一层 P+ 基板,形成了四层结构,由PNP-NPN晶体管构成 IGBT 。但是,NPN晶体管和发射极由于铝电极短路,设计时尽可能使NPN不起作用。所以说, IGBT 的基本工作与NPN晶体管无关,可以认为是将 N 沟道 MOSFET 作为输入极,PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。

采取这样的结构可在 N一层作电导率调制,提高电流密度。这是因 为从 P+ 基板经过 N+ 层向高电阻的 N一层注入少量载流子的结果。 IGBT 的设计是通过 PNP-NPN 晶体管的连接形成晶闸管

2.IGBT模块的术语及其特性术语说明

术语

符号

定义及说明(测定条件参改说明书)

集电极、发射极间电压

VCES

栅极、发射极间短路时的集电极,发射极间的最大电压

栅极发极间电压

VGES

集电极、发射极间短路时的栅极,发射极间最大电压

集电极电流

IC

集电极所允许的最大直流电流

耗散功率

PC

单个IGBT所允许的最大耗散功率

结温

Tj

元件连续工作时芯片温厦

关断电流

ICES

栅极、发射极间短路,在集电极、发射极间加上指定的电压时的集电极电流

电流

IGES

集电极、发射极间短路,在栅极、集电极间加上指定的电压时的栅极漏电流

饱和压降

V CE(sat)

在指定的集电极电流和栅极电压的情况下,集电极、发射极间的电压。

输入电容

Clss

集电极、发射极间处于交流短路状态,在栅极、发射极间及集电极、发射极间加上指定电压时,栅极、发射极间的电容

         3.IGBT模块使用上的注意事项

1. IGBT模块的选定

在使用IGBT模块的场合,选择何种电压,电流规格的IGBT模块,需要做周密的考虑。

a. 电流规格

IGBT模块的集电极电流增大时,VCE(-)上升,所产生的额定损耗亦变大。同时,开关损耗增大,原件发热加剧。因此,根据额定损耗,开关损耗所产生的热量,控制器件结温(Tj)在 150oC以下(通常为安全起见,以125oC以下为宜),请使用这时的集电流以下为宜。特别是用作高频开关时,由于开关损耗增大,发热也加剧,需十分注意。
一般来说,要将集电极
电流的最大值控制在直流额定电流以下使用,从经济角度这是值得推荐的。

b.电压规格

IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即市电电源电压紧密相关。其相互关系列于表1。根据使用目的,并参考本表,请选择相应的元件。

元器件电压规格

600V

1200V

1400V

电源

电压

200V;220V;230V;240V

346V;350V;380V;400V;415V;440V

575V

2. 防止静电

IGBT的VGE的耐压值为±20V,在IGBT模块上加出了超出耐压值的电压的场合,由于会导致损坏的危险,因而在栅极-发射极之间不能超出耐压值的电压,这点请注意。

在使用装置的场合,如果栅极回路不合适或者栅极回路完全不能工作时(珊极处于开路状态),若在主回路上加上电压,则IGBT就会损坏,为防止这类损坏情况发生,应在栅极一发射极之间接一只10kΩ左左的电阻为宜。

此外,由于IGBT模块为MOS结构,对于静电就要十分注意。因此,请注意下面几点:

1)      在使用模块时,手持分装件时,请勿触摸驱动端子部份。

2)      在用导电材料连接驱动端子的模块时,在配线未布好之前,请先不要接上模块。

3)      尽量在底板良好接地的情况下操作。

4)      当必须要触摸模块端子时,要先将人体或衣服上的静电放电后,再触摸。

5)      在焊接作业时,焊机与焊槽之间的漏泄容易引起静电压的产生,为了防止静电的产生,请先将焊机处于良好的接地状态下。

6)      装部件的容器,请选用不带静电的容器。

3.并联问题

用于大容量逆变器等控制大电流场合使用IGBT模块时,可以使用多个器件并联。

并联时,要使每个器件流过均等的电流是非常重要的,如果一旦电流平衡达到破坏,那么电过于集中的那个器件将可能被损坏。
       为使并联时电流能平衡,适当改变器件的特性及接线方法。例如。挑选器件的VCE(sat)相同的并联是很重要的。

4.其他注意事项

1)      保存半导体原件的场所的温度,温度,应保持在常温常湿状态,不应偏离太大。常温的规定为5-35℃,常湿的规定为45—75%左右。

2)      开、关时的浪涌电压等的测定,请在端子处测定。

关键字:igbt

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0125/article_13818.html
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