IGBT超基礎(chǔ)知識詳解

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件,具有功率MOSFET的高速性能與雙極的低電阻性能兩方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT驅(qū)動功率小而飽和壓降低，非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。

IGBT的提出

MOSFET的結(jié)構(gòu)是在低摻雜的襯底上制作高摻雜的源漏區(qū)，當(dāng)漏電壓增加時，耗盡區(qū)主要向低摻雜的襯底一側(cè)延伸，當(dāng)耗盡區(qū)延伸到源區(qū)時，器件便產(chǎn)生穿通。因此，要提高器件的耐壓水平，可以提高襯底的摻雜，但襯底摻雜由閾值電壓決定，不能無限提高。在結(jié)構(gòu)上，可以增加溝道長度L，但這樣一來，期間的寬長比減小，工作電流減小，因此，這種結(jié)構(gòu)不容易實現(xiàn)MOS功率器件的高壓大電流。為解決這一問題，各種新結(jié)構(gòu)被提出，有LDMOS(lateraldoublediffusedMOS，橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)，VVMOS(verticalV-grooveMOS)，VUMOS(verticalU-grooveMOS)，VDMOS(verticaldoublediffusedMOS)。一系列的改進(jìn)之后，VDMOS克服了很多缺點(diǎn)，但導(dǎo)通電阻還是較大。

于是人們開拓了一個新思路，一方面保留功率MOS的優(yōu)點(diǎn)，另一方面引入一個雙極結(jié)型結(jié)構(gòu)，這樣，在器件導(dǎo)通時，雙極結(jié)型結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生少數(shù)載流子注入效應(yīng)，從而對n-漂移區(qū)的電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，即電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，從而有效地降低n-漂移區(qū)的電阻率和器件的導(dǎo)通電阻。圖1為最基本的IGBT結(jié)構(gòu)圖。

IGBT主要缺點(diǎn)

1.jpg

圖1基本IGBT結(jié)構(gòu)圖

IGBT在克服了VDMOS缺點(diǎn)的同時，又帶來了其自身固有的結(jié)構(gòu)缺陷。IGBT隱含一種柵控四層pnpn晶閘管結(jié)構(gòu)，這種寄生結(jié)構(gòu)在一定的工作條件下會發(fā)生閂鎖。閂鎖會使IGBT失去柵控能力，器件無法自行關(guān)斷，甚至?xí)�將IGBT永久性燒毀。也就是說，IGBT的最大工作電流受寄生晶閘管閂鎖效應(yīng)的限制。

IGBT應(yīng)用領(lǐng)域

IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓600V以上、電流10A以上、頻率為1kHz以上的區(qū)域。鑒于IGBT的參數(shù)特性，目前IGBT主要應(yīng)用在電機(jī)、變換器(逆變器)、變頻器、UPS、EPS電源、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等工業(yè)控制領(lǐng)域。在上述應(yīng)用領(lǐng)域中IGBT憑借著電壓控制、驅(qū)動簡單，開關(guān)頻率高、開關(guān)損耗小，可實現(xiàn)短路保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)在600V及以上中壓應(yīng)用領(lǐng)域中競爭力逐步顯現(xiàn)，在UPS、開關(guān)電源、電車、交流電機(jī)控制中已逐步替代GTO、GTR。

附：

BUCK電路中的開關(guān)器件，通�？刹捎肐GBT、GRT、GTO、MOSFET。

可關(guān)斷晶閘管GTO(GateTurn-OffThyristor)亦稱門控晶閘管。其主要特點(diǎn)為，當(dāng)門極加負(fù)向觸發(fā)信號時晶閘管能自行關(guān)斷。可關(guān)斷晶閘管也屬于PNPN四層三端器件，其結(jié)構(gòu)及等效電路和普通晶閘管相同，

電力晶體管(GTR)GTR,GiantTransistor的縮寫，電力晶體管是一種雙極型大功率高反壓晶體管，由于其功率非常大，所以，它又被稱作為巨型晶體管，簡稱GTR。