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IGBT最基础的东西,看完就懂!

IGBT最基础的东西,看完就懂!

本帖最后由 best1538 于 2018-1-15 13:13 编辑

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能两方面的优点。IGBT驱动功率小而饱和压降低,非常适合应用于直流电压为600V及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。
IGBT的提出
MOSFET的结构是在低掺杂的衬底上制作高掺杂的源漏区,当漏电压增加时,耗尽区主要向低掺杂的衬底一侧延伸,当耗尽区延伸到源区时,器件便产生穿通。因此,要提高器件的耐压水平,可以提高衬底的掺杂,但衬底掺杂由阈值电压决定,不能无限提高。在结构上,可以增加沟道长度L,但这样一来,期间的宽长比减小,工作电流减小,因此,这种结构不容易实现MOS功率器件的高压大电流。为解决这一问题,各种新结构被提出,有LDMOS (lateral double diffused MOS,横向扩散金属氧化物半导体),VVMOS(vertical V-groove MOS),VUMOS(vertical U-groove MOS),VDMOS(vertical double diffused MOS)。一系列的改进之后,VDMOS克服了很多缺点,但导通电阻还是较大。
于是人们开拓了一个新思路,一方面保留功率MOS的优点,另一方面引入一个双极结型结构,这样,在器件导通时,双极结型结构会产生少数载流子注入效应,从而对n-漂移区的电导率进行调制,即电导调制效应,从而有效地降低n-漂移区的电阻率和器件的导通电阻。图1为最基本的IGBT结构图。
IGBT主要缺点


图1基本IGBT结构图

IGBT在克服了VDMOS缺点的同时,又带来了其自身固有的结构缺陷。IGBT隐含一种栅控四层pnpn晶闸管结构,这种寄生结构在一定的工作条件下会发生闩锁。闩锁会使IGBT失去栅控能力,器件无法自行关断,甚至会将IGBT永久性烧毁。也就是说,IGBT的最大工作电流受寄生晶闸管闩锁效应的限制。
IGBT应用领域
IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。鉴于IGBT的参数特性,目前IGBT主要应用在电机、变换器(逆变器)、变频器、UPS、EPS电源、风力发电设备等工业控制领域。在上述应用领域中IGBT凭借着电压控制、驱动简单,开关频率高、开关损耗小,可实现短路保护等优点在600V及以上中压应用领域中竞争力逐步显现,在UPS、开关电源、电车、交流电机控制中已逐步替代GTO、GTR。
附:
BUCK电路中的开关器件,通常可采用IGBT、GRT、GTO、MOSFET。
可关断晶闸管GTO(Gate Turn-Off Thyristor)亦称门控晶闸管。其主要特点为,当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件,其结构及等效电路和普通晶闸管相同,
电力晶体管(GTR)GTR,Giant Transistor的缩写,电力晶体管是一种双极型大功率高反压晶体管,由于其功率非常大,所以,它又被称作为巨型晶体管,简称GTR。
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