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IGBT模塊

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BSM300GB120DLC

IGBT硅片的結(jié)構(gòu)與功率MOSFET 的結(jié)構(gòu)十分相似，主要差異是IGBT增加了P+ 基片和一個(gè)N+ 緩沖層(NPT-非穿通-IGBT技術(shù)沒(méi)有增加這個(gè)部分)。如等效電路圖所示(圖1)，其中一個(gè)MOSFET驅(qū)動(dòng)兩個(gè)雙極器件?；膽?yīng)用在管體的P+和 N+ 區(qū)之間創(chuàng)建了一個(gè)J1結(jié)。當(dāng)正柵偏壓使柵極下面反演P基區(qū)時(shí)，一個(gè)N溝道形成，同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)電子流，并完全按照功率 MOSFET的方式產(chǎn)生一股電流。如果這個(gè)電子流產(chǎn)生的電壓在0.7V范圍內(nèi)，那么，J1將處于正向偏壓，一些空穴注入N-區(qū)內(nèi)，并調(diào)整陰陽(yáng)極之間的電阻率，這種方式降低了功率導(dǎo)通的總損耗，并啟動(dòng)了第二個(gè)電荷流。最后的結(jié)果是，在半導(dǎo)體層次內(nèi)臨時(shí)出現(xiàn)兩種不同的電流拓?fù)?一個(gè)電子流(MOSFET 電流); 一個(gè)空穴電流(雙極)。
BSM300GB120DN2

IGBT管的開(kāi)通和關(guān)斷是由柵極電壓來(lái)控制的，IGBT管的等效電路如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)柵極加正電壓時(shí).MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流，從而使IGBT管導(dǎo)通，此時(shí)高耐壓的IGBT管也具有低的導(dǎo)通態(tài)壓降。在柵極上加負(fù)電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT管即關(guān)斷。IGBT管與M()SFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極、發(fā)射極間施加十幾伏的直流電壓.只有微安級(jí)的漏電流，基本上不消耗功率，顯示了輸入阻抗大的優(yōu)點(diǎn)。IGBT的電路符號(hào)仍然沒(méi)有統(tǒng)一的畫(huà)法，圖1(a)和圖1(b)為IGBT管最常見(jiàn)的電路符號(hào)。
FD400R12KE3

若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通;若1GBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V，則MOS截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極一發(fā)射極間施加十幾伏的直流電壓，只有μA級(jí)的漏電流流過(guò)，基本上不消耗功率。)擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng):溝道電阻上產(chǎn)生的壓降.相當(dāng)于對(duì)J3結(jié)施加正偏壓。一旦J3開(kāi)通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制作用。電流失控，動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小。擎住效應(yīng)曾限制IGBT電流容量提高，20世紀(jì)90年代中后期逐漸解決，即將IGBT與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件。
FZ900R12KE4

IGBT管的柵極通過(guò)一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄，IGBT管的UGE的耐壓值為20V，在IGBT管加超出耐壓值的電壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞的危險(xiǎn)。此外，在柵極一發(fā)射極間開(kāi)路時(shí)，若在集電極與發(fā)射極間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由于集電極有漏電流流過(guò)，柵極電位升高。集電極則有電流流過(guò)，這時(shí)，如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓，則有可能使IGBT管發(fā)熱乃至損壞。反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA):最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率確定。
FZ900R12KP4

該參數(shù)決定了器件的最高工作電壓，這是由內(nèi)部PNP晶體管所能承受的擊穿電壓確定的。最大集電極電流包括在一定的殼溫下額定直流電流和脈寬最大電流。不同廠商產(chǎn)品的標(biāo)稱(chēng)電流通常為殼溫25℃或80℃條件下的額定直流電流。該參數(shù)與IGBT的殼溫密切相關(guān)，而且由于器件實(shí)際工作時(shí)的殼溫一般都較高，所以選用時(shí)必須加以重視。在一定的殼溫下IGBT允許的最大功耗，該功耗將隨殼溫升高而下降。柵射間施加一定電壓，在一定的結(jié)溫及集電極電流條件下，集射間飽和通態(tài)壓降。此壓降在集電極電流較小時(shí)呈負(fù)溫度系數(shù)，在電流較大時(shí)為正溫度系數(shù)，這一特性使IGBT并聯(lián)運(yùn)行也較為容易。