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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(Subchannelregion)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Draininjector),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。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,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和可控硅区别IGBT与晶闸管1.整流元件(晶闸管)简单地说:整流器是把单相或三相正弦交流电流通过整流元件变成平稳的可调的单方向的直流电流。其实现条件主要是依靠整流管。 34mm封装(俗称“窄条”):由于底板的铜极板只有34mm宽。湖北哪里有英飞凌infineonIGBT模块推荐货源
有无缓冲区决定了IGBT具有不同特性。有N*缓冲区的IGBT称为非对称型IGBT,也称穿通型IGBT。它具有正向压降小、犬断时间短、关断时尾部电流小等优点,但其反向阻断能力相对较弱。无N-缓冲区的IGBT称为对称型IGBT,也称非穿通型IGBT。它具有较强的正反向阻断能力,但它的其他特性却不及非对称型IGBT。如图2-42(b)所示的简化等效电路表明,IGBT是由GTR与MOSFET组成的达林顿结构,该结构中的部分是MOSFET驱动,另一部分是厚基区PNP型晶体管。五、IBGT的工作原理简单来说,IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区PNP型晶体管,它的简化等效电路如图2-42(b)所示,图中的RN为PNP晶体管基区内的调制电阻。从该等效电路可以清楚地看出,IGBT是用晶体管和MOSFET组成的达林顿结构的复合器件。冈为图中的晶体管为PNP型晶体管,MOSFET为N沟道场效应晶体管,所以这种结构的IGBT称为N沟道IIGBT,其符号为N-IGBT。类似地还有P沟道IGBT,即P-IGBT。IGBT的电气图形符号如图2-42(c)所示。IGBT是—种场控器件,它的开通和关断由栅极和发射极间电压UGE决定,当栅射电压UCE为正且大于开启电压UCE(th)时,MOSFET内形成沟道并为PNP型晶体管提供基极电流进而使IGBT导通,此时,从P+区注入N-的空穴。 山东哪里有英飞凌infineonIGBT模块推荐货源62mm封装(俗称“宽条”):IGBT底板的铜极板增加到62mm宽度。
1979年,MOS栅功率开关器件作为IGBT概念的先驱即已被介绍到世间。这种器件表现为一个类晶闸管的结构(P-N-P-N四层组成),其特点是通过强碱湿法刻蚀工艺形成了V形槽栅。80年代初期,用于功率MOSFET制造技术的DMOS(双扩散形成的金属-氧化物-半导体)工艺被采用到IGBT中来。[2]在那个时候,硅芯片的结构是一种较厚的NPT(非穿通)型设计。后来,通过采用PT(穿通)型结构的方法得到了在参数折衷方面的一个明显改进,这是随着硅片上外延的技术进步,以及采用对应给定阻断电压所设计的n+缓冲层而进展的[3]。几年当中,这种在采用PT设计的外延片上制备的DMOS平面栅结构,其设计规则从5微米先进到3微米。90年代中期,沟槽栅结构又返回到一种新概念的IGBT,它是采用从大规模集成(LSI)工艺借鉴来的硅干法刻蚀技术实现的新刻蚀工艺,但仍然是穿通(PT)型芯片结构。[4]在这种沟槽结构中,实现了在通态电压和关断时间之间折衷的更重要的改进。硅芯片的重直结构也得到了急剧的转变,先是采用非穿通(NPT)结构,继而变化成弱穿通(LPT)结构,这就使安全工作区(SOA)得到同表面栅结构演变类似的改善。这次从穿通(PT)型技术先进到非穿通(NPT)型技术,是基本的,也是很重大的概念变化。这就是:穿通。
不论漏极-源极电压VDS之间加多大或什么极性的电压,总有一个pn结处于反偏状态,漏、源极间没有导电沟道,器件无法导通。但如果VGS正向足够大,此时栅极G和衬底p之间的绝缘层中会产生一个电场,方向从栅极指向衬底,电子在该电场的作用下聚集在栅氧下表面,形成一个N型薄层(一般为几个nm),连通左右两个N+区,形成导通沟道,如图中黄域所示。当VDS>0V时,N-MOSFET管导通,器件工作。了解完以PNP为例的BJT结构和以N-MOSFET为例的MOSFET结构之后,我们再来看IGBT的结构图↓IGBT内部结构及符号黄块表示IGBT导通时形成的沟道。首先看黄色虚线部分,细看之下是不是有一丝熟悉之感?这部分结构和工作原理实质上和上述的N-MOSFET是一样的。当VGE>0V,VCE>0V时,IGBT表面同样会形成沟道,电子从n区出发、流经沟道区、注入n漂移区,n漂移区就类似于N-MOSFET的漏极。蓝色虚线部分同理于BJT结构,流入n漂移区的电子为PNP晶体管的n区持续提供电子,这就保证了PNP晶体管的基极电流。我们给它外加正向偏压VCE,使PNP正向导通,IGBT器件正常工作。这就是定义中为什么说IGBT是由BJT和MOSFET组成的器件的原因。此外,图中我还标了一个红色部分。Infineon那边给出的解释为:IGBT的“损耗”包括“导通损耗”和“开关损耗”。
IGBT功率模块如何选择?在说IGBT模块该如何选择之前,小编先带着大家了解下什么是IGBT?IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor),所以它是一个有MOSGate的BJT晶体管,可以简单理解为IGBT是MOSFET和BJT的组合体。MOSFET主要是单一载流子(多子)导电,而BJT是两种载流子导电,所以BJT的驱动电流会比MOSFET大,但是MOSFET的控制级栅极是靠场效应反型来控制的,没有额外的控制端功率损耗。所以IGBT就是利用了MOSFET和BJT的优点组合起来的,兼有MOSFET的栅极电压控制晶体管(高输入阻抗),又利用了BJT的双载流子达到大电流(低导通压降)的目的(Voltage-ControlledBipolarDevice)。从而达到驱动功率小、饱和压降低的完美要求,广泛应用于600V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。1.在选择IGBT前需要确定主电路拓扑结构,这个和IGBT选型密切相关。2.选择IGBT需要考虑的参数如下:额定工作电流、过载系数、散热条件决定了IGBT模块的额定电流参数,额定工作电压、电压波动、最大工作电压决定了IGBT模块的额定电压参数,引线方式、结构也会给IGBT选型提出要求。,目前市面上的叫主流的IGBT产品都是进口的。 因为大多数IGBT模块工作在交流电网通过单相或三相整流后的直流母线电压下。山东哪里有英飞凌infineonIGBT模块推荐货源
英飞凌IGBT模块选型主要是根据工作电压,工作电流,封装形式和开关频率来进行选择。湖北哪里有英飞凌infineonIGBT模块推荐货源
绝缘栅双极晶体管IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物。其主体部分与晶体管相同,也有集电极和发射极,但驱动部分却和场效应晶体管相同,是绝缘栅结构。IGBT的工作特点是,控制部分与场效应晶体管相同,控制信号为电压信号UGE,输人阻抗很高,栅极电流IG≈0,故驱动功率很小。而其主电路部分则与GTR相同,工作电流为集电极电流,工作频率可达20kHz。由IGBT作为逆变器件的变频器载波频率一般都在10kHz以上,故电动机的电流波形比较平滑,基本无电磁噪声。虽然硅双极型及场控型功率器件的研究已趋成熟,但是它们的性能仍待提高和改善,而1996年出现的集成门极换流晶闸管(IGCT)有迅速取代GTO的趋势。集成门极换流晶闸管(IGCT)是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一个整体形成的器件。门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的一个新型电力半导体器件,它不仅与GTO有相同的高阻断能力和低通态压降,而且有与IGBT相同的开关性能,兼有GTO和IGBT之所长,是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件。IGCT芯片在不串不并的情况下,二电平逆变器容量~3MVA,三电平逆变器1~6MVA;若反向二极管分离,不与IGCT集成在一起,二电平逆变器容量可扩至,三电平扩至9MVA。目前IGCT已经商品化。 湖北哪里有英飞凌infineonIGBT模块推荐货源