絕緣柵雙極電晶體原理、特點及參數

打開APP

絕緣柵雙極電晶體原理、特點及參數

佚名 發表於 2009-10-06 22:56:59

絕緣柵雙極電晶體原理、特點及參數

絕緣柵雙極電晶體IGBT又叫絕緣柵雙極型電晶體。

一．絕緣柵雙極電晶體的工作原理：
    半導體結構分析略。本講義附加了相關資料，供感興趣的同事可以查閱。
該器件符號如下：

N溝道         P溝道
圖1-8：IGBT的圖形符號
注意，它的三個電極分別為門極G、集電極C、發射極E。

圖1-9：IGBT的等效電路圖。
上面給出了該器件的等效電路圖。實際上，它相當於把MOS管和達林頓電晶體做到了一起。因而同時具備了MOS管、GTR的優點。

二．絕緣柵雙極電晶體的特點：
這種器件的特點是集MOSFET與GTR的優點於一身。輸入阻抗高，速度快，熱穩定性好。通態電壓低，耐壓高，電流大。
它的電流密度比MOSFET大，晶片面積只有MOSFET的40%。但速度比MOSFET略低。
大功率IGBT模塊達到1200-1800A/1800-3300V的水平（參考）。速度在中等電壓區域（370-600V），可達到150-180KHz。

三．絕緣柵雙極電晶體的參數與特性：
  （1）轉移特性

圖1-10：IGBT的轉移特性
這個特性和MOSFET極其類似，反映了管子的控制能力。
  （2）輸出特性

圖1-11：IGBT的輸出特性
它的三個區分別為：
靠近橫軸：正向阻斷區，管子處於截止狀態。
爬坡區：飽和區，隨著負載電流Ic變化，UCE基本不變，即所謂飽和狀態。
水平段：有源區。
  （3）通態電壓Von：

圖1-12：IGBT通態電壓和MOSFET比較
所謂通態電壓，是指IGBT進入導通狀態的管壓降VDS，這個電壓隨VGS上升而下降。
由上圖可以看到，IGBT通態電壓在電流比較大時，Von要小於MOSFET。
MOSFET的Von為正溫度係數，IGBT小電流為負溫度係數，大電流範圍內為正溫度係數。
（4）開關損耗：
  常溫下，IGBT和MOSFET的關斷損耗差不多。MOSFET開關損耗與溫度關係不大，但IGBT每增加100度，損耗增加2倍。
  開通損耗IGBT平均比MOSFET略小，而且二者都對溫度比較敏感，且呈正溫度係數。
  兩種器件的開關損耗和電流相關，電流越大，損耗越高。
（5）安全工作區與主要參數ICM、UCEM、PCM：
IGBT的安全工作區是由電流ICM、電壓UCEM、功耗PCM包圍的區域。

圖1-13：IGBT的功耗特性
最大集射極間電壓UCEM：取決於反向擊穿電壓的大小。
最大集電極功耗PCM：取決於允許結溫。
最大集電極電流ICM：則受元件擎住效應限制。
所謂擎住效應問題：由於IGBT存在一個寄生的電晶體，當IC大到一定程度，寄生電晶體導通，柵極失去控制作用。此時，漏電流增大，造成功耗急劇增加，器件損壞。
安全工作區隨著開關速度增加將減小。
  （6）柵極偏置電壓與電阻
IGBT特性主要受柵極偏置控制，而且受浪湧電壓影響。其di/dt明顯和柵極偏置電壓、電阻Rg相關，電壓越高，di/dt越大，電阻越大，di/dt越小。
而且，柵極電壓和短路損壞時間關係也很大，柵極偏置電壓越高，短路損壞時間越短。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴