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IGBT

近年来(lai)，随着(zhe)(zhe)双极(ji)型(xing)(xing)晶(jing)体(ti)管(guan)模块和MOSFET的(de)出现(xian)，节(jie)能(neng)、设备小型(xing)(xing)化(hua)(hua)、轻量化(hua)(hua)等(deng)要求(qiu)的(de)提高(gao)，电动机可(ke)变(bian)(bian)驱(qu)动装置和电子(zi)计算机的(de)备用(yong)(yong)电源(yuan)装置等(deng)使用(yong)(yong)交(jiao)换原(yuan)件(jian)的(de)各种(zhong)电力(li)变(bian)(bian)换器也迅速(su)发展起来(lai)。但是电力(li)变(bian)(bian)换器方(fang)面的(de)需求(qiu)，并没有通过(guo)双极(ji)型(xing)(xing)晶(jing)体(ti)管(guan)模块和MOSFET得(de)到(dao)完全的(de)满足。双极(ji)型(xing)(xing)功率晶(jing)体(ti)管(guan)模块虽然可(ke)以得(de)到(dao)高(gao)耐压、大容量的(de)元件(jian)，但是却有交(jiao)换速(su)度不够快的(de)缺陷。而(er)MOSFET虽然交(jiao)换速(su)度够快了，但是存在着(zhe)(zhe)不能(neng)得(de)到(dao)高(gao)耐压、大容量等(deng)的(de)缺陷。

绝缘(yuan)栅双(shuang)极型晶体管(guan)(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)正是顺应这种(zhong)要求(qiu)而开发的(de)，它是一(yi)种(zhong)既有MOSFET的(de)高速切(qie)换，又(you)有双(shuang)极型晶体管(guan)的(de)高耐压、大电流处(chu)理能力的(de)新型元(yuan)件。

IGBT的基本知识(shi)

1．定义

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是由B.IT（双极结型晶体管）和MOSFET（金属—氧化物—半导体场(chang)效应管）组(zu)成的(de)复合全控型(xing)(xing)电(dian)(dian)压(ya)(ya)驱(qu)动(dong)式功率(lv)半导(dao)体(ti)器(qi)件，它兼有(you)MOSFET的(de)高输人阻抗和(he)GTR的(de)低导(dao)通压(ya)(ya)降两方面的(de)优点。GTR（电(dian)(dian)力晶体(ti)管(guan)(guan)，是(shi)一(yi)种双极型(xing)(xing)大(da)(da)功率(lv)、高反(fan)压(ya)(ya)晶体(ti)管(guan)(guan)，其功率(lv)非(fei)常(chang)大(da)(da)，因此又(you)被称为巨型(xing)(xing)晶体(ti)管(guan)(guan)，简称CTR）的(de)饱(bao)和(he)压(ya)(ya)降低，载流密度(du)大(da)(da)，但驱(qu)动(dong)电(dian)(dian)流较大(da)(da)；MOSFET的(de)驱(qu)动(dong)功率(lv)很(hen)小，开关速(su)度(du)快(kuai)，但导(dao)通压(ya)(ya)降大(da)(da)，载流密度(du)小。IGBT综(zong)合了(le)以上两种器(qi)件的(de)优点，即驱(qu)动(dong)功率(lv)小而(er)饱(bao)和(he)压(ya)(ya)降低。

2.IBGT的(de)分类

按有无缓冲区(qu)分(fen)类

(1)非对称型ICBT：有(you)缓冲(chong)区N+，为(wei)穿通型IGBT;由于N+区存在(zai)，所(suo)以反向(xiang)阻(zu)断能力弱(ruo)，但正(zheng)向(xiang)压(ya)降(jiang)低，关断时(shi)间短，关断时(shi)的尾部电流(liu)小。

(2)对称型(xing)IGBT：无缓冲区N＋，为非穿通型(xing)IGBT；具有正、反向阻断能(neng)力，其他特性较(jiao)非对称型(xing)IGBT差。

按沟道类型分类

IBGT按沟(gou)(gou)道类型分为N沟(gou)(gou)道IGBT和P沟(gou)(gou)道IGBT。

3．主要性能指标(biao)

1)通态(tai)电压(ya)Uon

所谓通(tong)态(tai)电压Uon，是(shi)指ⅡGBT进入(ru)导(dao)通(tong)状态(tai)的(de)管压降(jiang)Uon，这个电压随UGS上(shang)升(sheng)而下降(jiang)。

2)开关(guan)损耗

IGBT的(de)开关(guan)(guan)损(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)耗(hao)包(bao)括关(guan)(guan)断(duan)损(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)耗(hao)和开通损(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)耗(hao)。常(chang)温(wen)下，IGBT的(de)关(guan)(guan)断(duan)损(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)耗(hao)和MOSFET差(cha)不多。其开通损(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)耗(hao)平均比MOSFET略小(xiao)，且它(ta)与(yu)温(wen)度关(guan)(guan)系不大，但每增加100℃，其值增加2倍。两(liang)种器件的(de)开关(guan)(guan)损(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)耗(hao)和电流相关(guan)(guan)，电流越大，损(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)耗(hao)越大。

3)安全工作区的主要参数（PCM、IcM、UCEM、UGES）

(1)最大集电极功(gong)耗PCM：取决于允许(xu)结温。

(2)最大(da)集电极电流lCM：受元件擎住效应限制(zhi)。

(3)最大集电(dian)极(ji)-发射极(ji)电(dian)压UCEM：由内部PNP型晶体管的(de)击穿电(dian)压确定(ding)。

(4)栅极-发射极额定电压UCES：栅极控(kong)制信号的电压额定值。

４．主要优缺(que)点(dian)

与(yu)MOSFET和BJT相比，IGBT的(de)主要优势体现在：

(])它有一(yi)个非常低的(de)通态(tai)压降(jiang)，且由于它具有优异的(de)电导调制能(neng)力和较大的(de)通态(tai)电流密度，使得更小的(de)芯片尺寸和更低的(de)功耗(hao)成为可能(neng)；

(2) MOS栅结构使得IGBT有较(jiao)低的(de)驱(qu)动电(dian)压(ya)，且只需要简单的(de)外围驱(qu)动电(dian)路；与(yu)BJT和晶(jing)闸管相比较(jiao)，它能更(geng)容易地使用(yong)在高电(dian)压(ya)大电(dian)流的(de)电(dian)路中；

(3)它(ta)有(you)比较宽的(de)安全操作区，且它(ta)具有(you)比双极(ji)型晶体管更优良的(de)电流传(chuan)导(dao)能力(li)，也有(you)良好(hao)的(de)正向(xiang)和反向(xiang)阻(zu)断能力(li)。

IGBT的主要缺点是：

(1)关(guan)闭(bi)速度(du)(du)优(you)于BJT但不如MOSFET由于少(shao)数载流(liu)子，产(chan)生的集电(dian)极电(dian)流(liu)拖尾，导致其关(guan)闭(bi)速度(du)(du)很慢(man)；

(2)由于采用PNPN结构(gou)，所(suo)以很容易产生闩(shuan)锁(suo)效应。

IGBT适用于较大的(de)(de)阻(zu)(zu)(zu)断电(dian)压(ya)。在为了提高(gao)(gao)击(ji)穿(chuan)电(dian)压(ya)而(er)让漂(piao)移(yi)区(qu)的(de)(de)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)率和厚(hou)(hou)度增(zeng)加时，MOSFET的(de)(de)通态电(dian)阻(zu)(zu)(zu)将会(hui)显著增(zeng)大。正(zheng)因为如此，火电(dian)流、高(gao)(gao)阻(zu)(zu)(zu)断电(dian)压(ya)的(de)(de)功率MOSFET通常是很(hen)难发展的(de)(de)。相(xiang)反，对于IGBT来说，其(qi)漂(piao)移(yi)区(qu)的(de)(de)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)由于高(gao)(gao)浓度的(de)(de)少数载流子的(de)(de)注(zhu)入(ru)而(er)急剧(ju)下降，这样IGBT的(de)(de)漂(piao)移(yi)区(qu)的(de)(de)正(zheng)向压(ya)降变得和IGBT本(ben)身的(de)(de)厚(hou)(hou)度相(xiang)关，但和原(yuan)有(you)的(de)(de)电(dian)阻(zu)(zu)(zu)率无关。

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