浅析IGBT应用原理.docx

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1、浅析IGBT应用原理网络转载导语：IGBT是一个三端器件，它拥有栅极G、集电极c和发射极E。1.IGBT的构造是一个三端器件，它拥有栅极G、集电极c和发射极E。IGBT的构造、简化等效电路和电气图形符号如下图。如下图为N沟道VDMOSFFT与GTR组合的N沟道(N-IGBT)的内部构造断面示意图。IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成丁一个大面积的PN结J1。由于IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，因此对漂移区电导率进展调制，可仗IGBT具有很强的通流才能。介于P+注入区与N-漂移区之间的N+层称为缓冲区。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

2、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，但其反向阻断才能相对较弱。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才能，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说明，是由GTR与MOSFET组成的达林顿构造，该构造中的局部是MOSFET驱动，另一局部是厚基区PNP型晶体管。2IBGT的工作原理简单来讲，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

3、管和MOSFET组成的达林顿构造的复合器件。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，所以这种构造的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。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UCEth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-的空穴少数载流子对N-区进展电导调制，减小N-区的电阻RN，使高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当栅射极间不加信号或者加反向电压

4、时，MOSFET内的沟道消失，PNP型晶体管的基极电流被切断，IGBT即关断。由此可知，IGBT的驱动原理与MOSFET根本一样。当UCE为负时：J3结处于反偏状态，器件呈反向阻断状态。当uCE为正时：UCUTH，绝缘门极下形成N沟道，由于载流子的互相作用，在N-区产生电导调制，使器件正向导通。1)导通IGBT硅片的构造与功率MOSFET的构造特别相似，主要差异是JGBT增加了P+基片和一个N+缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个局部)，其中一个MOSFET驱动两个双极器件有两个极性的器件。基片的应用在管体的P、和N+区之间创立了一个J，结。当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N

5、沟道便形成，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。假如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N-与N+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。当UCE大于开启电压UCE(th，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。2)导通压降电导调制效应使电阻RN减小，通态压降小。所谓通态压降，是指IGBT进入导通状态的管压降UDS，这个电压随UCS上升而下降。3)关断当在栅极施加一

6、个负偏压或者栅压低于门限值时，沟道被制止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，假如MOSFET的电流在开关阶段迅速下降，集电极电流那么逐渐降低，这是阂为换向开场后，在N层内还存在少数的载流子少于。这种剩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，如掺杂质的数目和拓扑，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。集电极电流将引起功耗升高、穿插导通问题，十分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Tc、IC：和uCE亲密相关，并且与空穴挪动性有亲密的关系。因此，根据所到达的温度，降低这种作用在终端设备设计上的

7、电流的不理想效应是可行的。当栅极和发射极间施加反压或者不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。4)反向阻断当集电极被施加一个反向电压时，J，就会受到反向偏压控制，耗尽层那么会向N-区扩展。因太多地降低这个层面的厚度，将无法获得一个有效的阻断才能，所以这个机制特别重要。另外，假如过大地增加这个区域的尺寸，就会连续地进步压降。5)正向阻断当栅极和发射极短接并在集电极端子施加一个正电压时，J，结受反向电压控制。此时，仍然是由N漂移区巾的耗尽层承受外部施加的电压。6)闩锁ICBT在集电极与发射极之间有个寄生PNPN晶闸管。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的控制才能降低，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。详细来讲，产生这种缺陷的原因各不一样，但与器件的状态有亲密关系。