文档介绍：电力电子器件(三)
绝缘栅双极晶体管(IGBT)
绝缘栅双极晶体管(IGBT)
概述
IGBT的结构和工作原理
IGBT的基本特性
IGBT的主要参数
IGBT的擎住效应和安全工作区
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一个理想的功率器件,应当具有下列理想的静态和动态特性:
在截止状态时,能承受较高的电压;
在导通状态时,能承受大电流并具有很低的压降;
在开关转换时,开/关速度快,能承受很高的di/dt和dv/dt,同时还应具有全控功能。
概述
GTR和GTO的特点——双极型,电流驱动,开关速度较低,所需驱动功率大,驱动电路复杂;但通态压降低,可制成较高电压和较大电流的开关器件。
MOSFET的优点——单极型,电压驱动,开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小而且驱动电路简单;但通态压降大,难以制成高压大电流器件。
两类器件取长补短结合而成一些复合器件—Bi-MOS器件(如IGBT)
绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)
1983年,美国无线电公司RCA和美国通用电气公司GE 几乎同时研制出了新一代功率器件IGBT。
在MOSFET的漂移区引入少数载流子进行电荷调制,从而使漂移区电阻显著减少。从而减少电力MOSFET的通态电阻。
IGBT结合GTR和MOSFET的优点,具有比它们更好的特性:
输入控制部分为MOSFET,输出级为双极结型晶体管。
高输入阻抗,电压控制,驱动功率小。
开关速度快,工作频率可达10-40KHZ,随着发展,可提高到50-100kHZ。
饱和压降低,电压、电流容量较大,安全工作区较宽。
这些优越的性能使得IGBT成为电机控制、开关电源、逆变器、机器人、感应加热以及家用电器中电力电子装置的理想功率器件。
IGBT的结构和工作原理
IGBT是三端器件:栅极G、集电极C和发射极E
图1 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号
a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号
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IGBT的结构和工作原理
IGBT的结构
)—N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT(N-IGBT)
  IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区,形成了一个大面积的P+N结J1
——使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子,从而对漂移区电导率进行调制,使得IGBT具有很强的通流能力
简化等效电路表明,IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结构,一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管
  RN为晶体管基区内的调制电阻
VG=0, 关断
VG> UGE(th)
(1) V<
(2)V>
(3) 闩锁