图1(a)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基 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-区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区( Subchannel region )。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区( Drain injector ),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。这次从穿通(PT)型技术先进到非穿通(NPT)型技术,是基本的,也是很重大的概念变化。闵行区选择IGBT模块设计
IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP 晶体管提供基极电流,使IGBT 导通。反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFET ,所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后,从P+ 基极注入到N 一层的空穴(少子),对N 一层进行电导调制,减小N 一层的电阻,使IGBT 在高电压时,也具有低的通态电压。 [1] [4]IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。上海选择IGBT模块设计IGBT的开关速度低于MOSFET,但明显高于GTR。
表1 IGBT门极驱动条件与器件特性的关系由于IGBT的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化,因而驱动电路性能的好坏将直接影响IGBT能否正常工作。为使IGBT能可靠工作。IGBT对其驱动电路提出了以下要求。1)向IGBT提供适当的正向栅压。并且在IGBT导通后。栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要有足够的幅度,使IGBT的功率输出级总处于饱和状态。瞬时过载时,栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区。IGBT导通后的管压降与所加栅源电压有关,在漏源电流一定的情况下,VGE越高,VDS值就越低,器件的导通损耗就越小,这有利于充分发挥管子的工作能力。但是, VGE并非越高越好,一般不允许超过20 V,原因是一旦发生过流或短路,栅压越高,则电流幅值越高,IGBT损坏的可能性就越大。通常,综合考虑取+15 V为宜。
2010年,中国科学院微电子研究所成功研制国内***可产业化IGBT芯片,由中国科学院微电子研究所设计研发的15-43A /1200V IGBT系列产品(采用Planar NPT器件结构)在华润微电子工艺平台上流片成功,各项参数均达到设计要求,部分性能优于国外同类产品。这是我国国内***自主研制可产业化的IGBT(绝缘栅双极晶体管)产品,标志着我国全国产化IGBT芯片产业化进程取得了重大突破,拥有了***条专业的完整通过客户产品设计验证的IGBT工艺线。该科研成果主要面向家用电器应用领域,联合江苏矽莱克电子科技有限公司进行市场推广,目前正由国内***的家电企业用户试用,微电子所和华润微电子将联合进一步推动国产自主IGBT产品的大批量生产。 [2特别是用作高频开关时,由于开关损耗增大,发热加剧,选用时应该降等使用。
2)能向IGBT提供足够的反向栅压。在IGBT关断期间,由于电路中其他部分的工作,会在栅极电路中产生一些高频振荡信号,这些信号轻则会使本该截止的IGBT处于微通状态,增加管子的功耗。重则将使调压电路处于短路直通状态。因此,比较好给处于截止状态的IGBT加一反向栅压(幅值一般为5~15 V),使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。3)具有栅极电压限幅电路,保护栅极不被击穿。IGBT栅极极限电压一般为+20 V,驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。当晶闸管全部导通时,静态闩锁出现。上海品牌IGBT模块销售厂家
具体地来说,p+n-p的电流放大系数α设计为0.5以下。闵行区选择IGBT模块设计
IGBT功率模块是以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成的功率模块。由于IGBT模块为MOSFET结构,IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离,具有出色的器件性能。广泛应用于伺服电机、变频器、变频家电等领域。IGBT功率模块是电压型控制,输入阻抗大,驱动功率小,控制电路简单,开关损耗小,通断速度快,工作频率高,元件容量大等优点。实质是个复合功率器件,它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体化。又因先进的加工技术使它通态饱和电压低,开关频率高(可达20khz),这两点非常显着的特性,**近西门子公司又推出低饱和压降(2.2v)的npt-IGBT性能更佳,相继东芝、富士、ir,摩托罗拉亦已在开发研制新品种。闵行区选择IGBT模块设计
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