絕緣柵雙極型晶體管(Insulate-Gate Bipolar)

1、絕緣柵雙極型晶體管 (Insulate-Gate Bipolar TransistorIGBT)毛乾坤15自動化(2)班1505033034主要內(nèi)容 N溝道增強型MOSFET的工作原理 什么是IGBT？為什么要使用IGBT？ IGBT的結(jié)構(gòu)、原理以及工作特性 N溝道增強型MOSFET的工作原理 柵極(Gate)、源極(Source)、漏極(Drain)鋁片 絕緣層二氧化硅(厚度很薄) 襯底摻雜濃度低、電阻率較高的P型硅半導體 N溝道增強型MOSFET的工作原理 什么是IGBT？為什么要使用IGBT？功率MOSFET屬于多子導電，無電導調(diào)制機制，當要提高阻斷電壓時，其導電電阻將迅速增加，以至于器

2、件無法正常工作，為克服這個缺點，我們在MOSFET中的漏極側(cè)引入一個PN結(jié)，可大大提高電流密度，我們稱此為IGBT。 IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS結(jié)構(gòu)雙極器件，采用MOSFET與GTR的復合結(jié)構(gòu)，屬于具有功率MOSFET的高速性能與雙極的低電阻性能的功率器件。IGBT的應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。 IGBT的結(jié)構(gòu)、原理以及工作特性l三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極El 導通：UGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通。l 通態(tài)壓降：電導調(diào)制效

3、應使電阻RoN減小，使通態(tài)壓降減小。l 關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷a)b)O有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻斷區(qū)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加 IGBT的靜態(tài)特性圖1-23 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性IC與UGE間的關(guān)系(開啟電開啟電壓壓UGE(th)輸出特性輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。l 轉(zhuǎn)移特性 IC與UGE間的關(guān)系轉(zhuǎn)移特性曲線 UGE低于開啟電壓時，IGBT處于關(guān)閉狀態(tài)； UGE大于開啟電壓時，IGBT開啟，

4、IC與UGE基本呈線性關(guān)系； 通常IGBT的開啟電壓在3-5.5V之間。輸出特性曲線 分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。 當0UGEUGE(th)時，導電溝道形成，IGBT正向?qū)?，UGE越大， IC越大，作為開關(guān)狀態(tài)工作的IGBT應避開此區(qū)，否則功耗會很大； IGBT作為開關(guān)狀態(tài)工作，在飽和區(qū)和正向阻斷區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。當UCE0時，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)，無集電極電流。ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM圖1-24 IGB

5、T的開關(guān)過程l IGBT的開通過程 l開通延遲時間td(on) l電流上升時間tr l開通時間tonluCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。ltfv1IGBT內(nèi)MOSFET單獨工作的電壓下降過程；l tfv2MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程。 2、 IGBTIGBT的動態(tài)特性的動態(tài)特性圖1-24 IGBT的開關(guān)過程l關(guān)斷延遲時間td(off）l電流下降時間tfl 關(guān)斷時間toffl電流下降時間又可分為tfi1和tfi2兩段。ltfi1IGBT器件內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快。ltf i 2IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下降較慢。 IGBT的關(guān)斷過

6、程的關(guān)斷過程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM三、IGBT的主要參數(shù)正常工作溫度下允許的最大功耗 。(3) 最大集電極功耗最大集電極功耗PCM包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP 。 (2) 最大集電極電流最大集電極電流由內(nèi)部PNP晶體管所能承受的擊穿電壓確定。(1) 最大集射極間電壓最大集射極間電壓UCES三、IGBT的主要參數(shù)通過額定電流時的集射極電壓。通常在1.5-3V間。(6) 集射極飽和電壓集射極飽和電壓UCEO柵極的電壓控制信號額定值，只有柵射極電壓小于額定電壓值，才能使IGBT導通而不致?lián)p壞 。 (5) 柵射極額定電壓柵射極額定電壓UGES 使IGBT導通所需的最小柵射極電壓，通常在3-5.5V。(4) 柵射極開啟電壓柵射極開啟電壓UGE(th）IGBT特點總結(jié)l開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。 l相同電壓和電流定額時，安全工作