立即注册
查看: 917|回复: 1

[单片机资料] IGBT的结构与工作原理详解

已绑定手机
已实名认证
发表于 2021-9-13 18:48:10 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
1、IGBT的结构
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。
1.jpg
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。

2、IGBT的工作特性
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。
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。

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。

正式商用的高压大电流IGBT器件至今尚未出现,其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,特别是在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。

更多内容请下载附件查看
2021-9-13 18:47 上传
文件大小:
29.97 KB
下载次数:
2
本地下载

16RD supports Paypal , Payment is calculated at the exchange rate of the day. Unable to download please contact 18902843661 (WhatsApp OR wechat number)

关于一牛网在微软浏览器(Microsoft Edge、IE浏览器)警报通告&解决方案!(无法下载直接更换浏览器即可)

*附件为作者发布,与本站无关,如有侵权,请联系客服删除


已绑定手机
发表于 2022-7-4 12:06:29 | 显示全部楼层 来自 湖南省长沙市
感谢楼主分享,很好的资料
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

合作/建议

TEL: 19168984579

工作时间:
周一到周五 9:00-11:30 13:30-19:30
  • 扫一扫关注公众号
  • 扫一扫打开小程序
Copyright © 2013-2024 一牛网 版权所有 All Rights Reserved. 帮助中心|隐私声明|联系我们|手机版|粤ICP备13053961号|营业执照|EDI证
在本版发帖搜索
扫一扫添加微信客服
QQ客服返回顶部
快速回复 返回顶部 返回列表