一站式电子元器件采购平台

华强商城公众号

一站式电子元器件采购平台

口袋里的移动库存

华强商城移动APP

口袋里的移动库存

元器件移动商城,随时随地采购

华强商城M站

元器件移动商城,随时随地采购

半导体行业小灵通

半导体八阿哥公众号

半导体行业小灵通

专注电子产业链,坚持深度原创

华强微电子公众号

专注电子产业链,
坚持深度原创

电子元器件原材料采购信息平台

华强电子网公众号

电子元器件原材料采购
信息平台

igbt是什么?igbt结构和工作原理介绍

来源:网络整理 发布时间:2018-09-07

摘要: IGBT即绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。

  IGBT即绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。

         IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT结构


  IGBT结构

  上图所示为一个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(即发射极E)。N基极称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极(即门极G)。沟道在紧靠栅区边界形成。

        在C、E两极之间的P型区(包括P+和P-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(即集电极C)。

  IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP(原来为NPN)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,切断基极电流,使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同,只需控制输入极N-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-层的空穴(少子),对N-层进行电导调制,减小N-层的电阻,使IGBT在高电压时,也具有低的通态电压。

  IGBT工作原理

  方法:

  IGBT是将强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。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 技术高出很多。较低的压降,转换成一个低VCE(sat)的能力,以及IGBT的结构,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。

  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)。如等效电路图所示(图),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); 一个空穴电流(双极)。
 

等效电路图

  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。

  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。

  阻断与闩锁:

  当集电极被施加一个反向电压时, J1 就会受到反向偏压控制,耗尽层则会向N-区扩展。因过多地降低这个层面的厚度,将无法取得一个有效的阻断能力,所以,这个机制十分重要。另一方面,如果过大地增加这个区域尺寸,就会连续地提高压降。 第二点清楚地说明了NPT器件的压降比等效(IC 和速度相同) PT 器件的压降高的原因。

         当栅极和发射极短接并在集电极端子施加一个正电压时,P/N J3结受反向电压控制,此时,仍然是由N漂移区中的耗尽层承受外部施加的电压。IGBT在集电极与发射极之间有一个寄生PNPN晶闸管(如图1所示)。在特殊条件下,这种寄生器件会导通。这种现象会使集电极与发射极之间的电流量增加,对等效MOSFET的控制能力降低,通常还会引起器件击穿问题。

         晶闸管导通现象被称为IGBT闩锁,具体地说,这种缺陷的原因互不相同,与器件的状态有密切关系。通常情况下,静态和动态闩锁有如下主要区别:

  当晶闸管全部导通时,静态闩锁出现,只在关断时才会出现动态闩锁。这一特殊现象严重地限制了安全操作区。为防止寄生NPN和PNP晶体管的有害现象,有必要采取以下措施:防止NPN部分接通,分别改变布局和掺杂级别,降低NPN和PNP晶体管的总电流增益。

         此外,闩锁电流对PNP和NPN器件的电流增益有一定的影响,因此,它与结温的关系也非常密切;在结温和增益提高的情况下,P基区的电阻率会升高,破坏了整体特性。因此,器件制造商必须注意将集电极最大电流值与闩锁电流之间保持一定的比例,通常比例为1:5。

  IGBT管的代换

  由于IGBT管工作在大电流 高电压状态,工作频率较高,发热量大,因此其故障率较高,又由于其价格较高,故代换IGBT管时,应遵循以下原则:首先,尽量用原型号的代换,这样不仅利于固定安装,也比较简便 其次,如果没有相同型号的管子,可用参数相近的IGBT管来代换,一般是用额定电流较大的管子代替额定电流较小的,用高耐压的代替低耐压的,如果参数已经磨掉,可根据其额定功率来代换。


声明:本文观点仅代表作者本人,不代表华强商城的观点和立场。如有侵权或者其他问题,请联系本站修改或删除。

微信扫一扫,一键转发

关注“华强商城“微信公众号

相关阅读
  • 加深对电路中高输入阻抗和低输出阻抗的理解

    1、 输入阻抗:输入阻抗是指电路输入端的等效阻抗。将电压源u添加到输入端并测量输入端的电流I,则输入阻抗Rin为u/I。您可以将输入端视为电阻器的两端。输入阻抗器的电阻为输入阻抗。输入阻抗与普通电抗元件没有区别。它反映了阻断电流的效果。

  • 华强电子元器件网转型中电子元器件柜台将走向何方?

    华强电子元器件网转型的具体规划是,公司将逐步将实体市场的运营调整为以电子和数字产品为主的综合商业运营商,强化体验购物功能。

  • 在电子元器件采购商城购买电子元件时,您需要了解哪些知识

    在电子元器件采购商城购买元件也需要一些知识。我们需要注意很多方面,例如型号、交货日期、包装和批次。在购买电子元件时,我们不仅要知道它是什么型号,还要知道详细的规格,然后才能购买正确的元件。买部件就像买衣服一样。我们还需要辨别真伪。我们必须确保产品是正品和原创的。如果你不知道,往下看。以下是您需要了解的有关购买电子元件的知识。

  • 基于buck电路的太阳能光伏电池模拟器性能改进试验

    尽管技术日益发达,但世界也面临着能源危机,各国对太阳能发电的研究也在不断发展。然而,由于太阳能电池研究成本高,太阳能电池模拟器应运而生。目前,我们正在设计一种基于buck电路的太阳能电池模拟器,采用arm控制,并加入电流PI控制方法,以提高系统的动态性能和稳态精度。

  • 传感器制造商研究半导体材料,使得气体传感器满足各行业需求

    传感器有许多实际应用,几乎涵盖所有行业。目前,几乎所有行业都在朝着更小的设备形状因素发展,传感器的尺寸也在减小。在本文中,我们将介绍三种微型传感器,生物传感器,气体传感器和加速度计及其实际应用。在电子产品尺寸不断减小的世界中,它们显示了向小型和低功耗传感器的持续发展趋势。

  • 中小企业、科研机构去电子元器件采购商城需要注意哪些事项?

    中小型企业、科研机构和电子元器件采购商城应该如何选择购买电子元件?如今,华强北商城向广大用户介绍并注重电子元器件的购买。

  • 贴片电容的价格与什么有关?贴片电容未来发展好吗?

    如果贴片电容产品质量和价格摆在我们面前,我相信大多数制造商仍然会选择低价格贴片电容。在当今的市场环境下,各行各业的竞争非常激烈,这也给我们带来了很多考验。为了生存,企业经常打价格牌。贴片电容价格已经降下来了。贴片电容质量和服务有改进吗?

  • 电子元器件采购平台:电子元器件采购需要做哪些工作?

    一般来说,电子元器件采购应做以下工作:1.电子元器件供应商开发:根据公司需要寻找对方的材料供应商,需要熟悉相关材料行业的生产厂家、各种材料的电子元器件制造商品质量状况、材料的实时市场情况、未来几个月的市场情况,以及物料的整体交付状态...

  • 温度传感器在火灾报警系统中的应用

    一线总线技术具有节省I/O资源、结构简单、成本低、总线扩展和维护方便等特点。因此,它被广泛应用于分布式温度传感器系统中。生产的单总线智能温度传感器DS18B20是一种典型的采用单线总线技术的产品。DS18B20是同一系列或不同系列的单线设备,因此主机必须能够决定如何正确访问单线总线上的每个设备。

  • 计流量传感器测量管的结构是什么?有什么分类?

    高精度质量流量计的流量传感器增加了测量管的半径,改善了应力分布,减少了疲劳损伤,提高了抗振动干扰能力。因此,流量传感器的测量管的形状和结构多种多样。本节仅从不同角度讨论分类:根据测量管流向和工艺管道流向的布置,有两种方式:平行和垂直。

  • 碳膜、金属膜和金属氧化物膜的电阻差

    金属膜电阻(金属射电阻)也采用真空喷涂技术喷涂在瓷棒上,但用金属膜(如镍铬)代替碳膜,并在金属膜车上的螺旋图案上形成不同的电阻值,在瓷棒的两端喷上贵金属。虽然它比碳膜电阻昂贵,但它具有噪声低、稳定性好、受温度影响小、精度高等优点。因此,金属膜电阻被广泛应用于先进的音响设备、计算机、仪器仪表、国防和航天设备中。

调查问卷

请问您是:

您希望看到什么内容: