IGBT的基础知识--IGBT的基本结构,参数选择,使用注意事项.doc
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HYPERLINK"http://www.elecfans.com/article/UploadPic/2010-5/201052717274946509.jpg"1.IGBT的基本结构绝缘栅双极晶体管(IGBT)本质上是一个场效应晶体管,只是在漏极和漏区之间多了一个P型层。根据国际电工委员会的文件建议,其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。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。为了兼顾长期以来人们的习惯,IEC规定:源极引出的电极端子(含电极端)称为发射极端(子),漏极引出的电极端(子)称为集电极端(子)。这又回到双极晶体管的术语了。但仅此而已。IGBT的结构剖面图如图2所示。它在结构上类似于MOSFET,其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET的N+基板(漏极)上增加了一个P+基板(IGBT的集电极),形成PN结j1,并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。图1N沟道IGBT结构图2IGBT的结构剖面图由图2可以看出,IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR,其简化等效电路如图3所示。图中Rdr是厚基区GTR的扩展电阻。IGBT是以GTR为主导件、MOSFET为驱动件的复合结构。N沟道IGBT的图形符号有两种,如图4所示。实际应用时,常使用图2-5所示的符号。对于P沟道,图形符号中的箭头方向恰好相反,如图4所示。IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极加正电压时,MOSFET内形成沟道,并为PNP晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通,此时,从P+区注到N一区进行电导调制,减少N一区的电阻Rdr值,使高耐压的IGBT也具有低的通态压降。在栅极上加负电压时,MOSFET内的沟道消失,PNP晶体管的基极电流被切断,IGBT即关断。正是由于IGBT是在N沟道MOSFET的N+基板上加一层P+基板,形成了四层结构,由PNP-NPN晶体管构成IGBT。但是,NPN晶体管和发射极由于铝电极短路,设计时尽可能使NPN不起作用。所以说,IGBT的基本工作与NPN晶体管无关,可以认为是将N沟道MOSFET作为输入极,PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。采取这样的结构可在N一层作电导率调制,提高电流密度。这是因为从P+基板经过N+层向高电阻的N一层注入少量载流子的结果。IGBT的设计是通过PNP-NPN晶体管的连接形成晶闸管。2.IGBT模块的术语及其特性术语说明集电极、发射极间处于交流短路状态,在栅极、发射极间及集电极、发射极间加上指定电压时,栅极、发射极间的电容3.IGBT模块使用上的注意事项1.IGBT模块的选定在使用IGBT模块的场合,选择何种电压,电流规格的IGBT模块,需要做周密的考虑。a.电流规格IGBT模块的集电极电流增大时,VCE(-)上升,所产生的额定损耗亦变大。同时,开关损耗增大,原件发热加剧。因此,根据额定损耗,开关损耗所产生的热量,控制器件结温(Tj)在150oC以下(通常为安全起见,以125oC以下为宜),请使用这时的集电流以下为宜。特别是用作高频开关时,由于开关损耗增大,发热也加剧,需十分注意。一般来说,要将集电极电流的最大值控制在直流额定电流以下使用,从经济角度这是值得推荐的。b.电压规格IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即市电电源电压紧密相关。其相互关系列于表1。根据使用目的,并参考本表,请选择相应的元件。2.防止静电IGBT的VGE的耐压值为±20V,在IGBT模块上加出了超出耐压值的电压的场合,由于会导致损坏的危险,因而在栅极-发射极之间不能超出耐压值的电压,这点请注意。在使用装置的场合,如果栅极回路不合适或者栅极回路完全不能工作时(珊极处于开路状态),若在主回路上加上电压,则IGBT就会损坏,为防止这类损坏情况发生,应在栅极一发射极之间接一只10kΩ左左的电阻为宜。此外,由于IGBT模块为MOS结构,对于静电就要十分注意。因此,请注意下面几点:1)在使用模块时,手持分装件时,请勿触摸驱动端子部份。2)在用导电材料连接驱动端子的模块时,在配线未布好之前,请先不要接上模块。3)尽量在底板良好接地的情况下操作。4)当必