上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中常給出的漏極電流開(kāi)通時(shí)間ton 即為td (on) tri 之和,漏源電壓的下降時(shí)間由tfe1 和tfe2 組成。
IGBT的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負(fù)向電壓,柵極電壓可由不同的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生。當(dāng)選擇這些驅(qū)動(dòng)電路時(shí),必須基于以下的參數(shù)來(lái)進(jìn)行:器件關(guān)斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。因?yàn)镮GBT柵極- 發(fā)射極阻抗大,故可使用MOSFET驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行觸發(fā),不過(guò)由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大,故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)該比許多MOSFET驅(qū)動(dòng)電路提供的偏壓更高。
IGBT在關(guān)斷過(guò)程中,漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因?yàn)镸OSFET關(guān)斷后,PNP晶體管的存儲(chǔ)電荷難以迅速消除,造成漏極電流較長(zhǎng)的尾部時(shí)間,td(off)為關(guān)斷延遲時(shí)間,trv為電壓Uds(f)的上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中常常給出的漏極電流的下降時(shí)間Tf由圖中的t(f1)和t(f2)兩段組成,而漏極電流的關(guān)斷時(shí)間
t(off)=td(off)+trv十t(f)
式中:td(off)與trv之和又稱(chēng)為存儲(chǔ)時(shí)間。
IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于MOSFET,但明顯高于GTR。IGBT在關(guān)斷時(shí)不需要負(fù)柵壓來(lái)減少關(guān)斷時(shí)間,但關(guān)斷時(shí)間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。IGBT的開(kāi)啟電壓約3~4V,和MOSFET相當(dāng)。IGBT導(dǎo)通時(shí)的飽和壓降比MOSFET低而和GTR接近,飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。
正式商用的IGBT器件的電壓和電流容量還很有限,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足電力電子應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的需求;高壓領(lǐng)域的許多應(yīng)用中,要求器件的電壓等級(jí)達(dá)到10KV以上,目前只能通過(guò)IGBT高壓串聯(lián)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓應(yīng)用。國(guó)外的一些廠(chǎng)家如瑞士ABB公司采用軟穿通原則研制出了8KV的IGBT器件,德國(guó)的EUPEC生產(chǎn)的6500V/600A高壓大功率IGBT器件已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用,日本東芝也已涉足該領(lǐng)域。與此同時(shí),各大半導(dǎo)體生產(chǎn)廠(chǎng)商不斷開(kāi)發(fā)IGBT的高耐壓、大電流、高速、低飽和壓降、高可靠性、低成本技術(shù),主要采用1um以下制作工藝,研制開(kāi)發(fā)取得一些新進(jìn)展。2013年9月12日 我國(guó)的高壓大功率3300V/50A IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)芯片及由此芯片封裝的大功率1200A/3300V IGBT模塊通過(guò),中國(guó)自此有了完全自主的IGBT“中國(guó)芯”。

U-IGBT
U(溝槽結(jié)構(gòu))--IGBT是在管芯上刻槽,芯片元胞內(nèi)部形成溝槽式柵極。采用溝道結(jié)構(gòu)后,可進(jìn)一步縮小元胞尺寸,減少溝道電阻,進(jìn)步電流密度,制造相同額定電流而芯片尺寸少的產(chǎn)品?,F(xiàn)有多家公司生產(chǎn)各種U—IGBT產(chǎn)品,適用低電壓驅(qū)動(dòng)、表面貼裝的要求。

導(dǎo)通
IGBT硅片的結(jié)構(gòu)與功率MOSFET 的結(jié)構(gòu)十分相似,主要差異是IGBT增加了P+ 基片和一個(gè)N+ 緩沖層(NPT-非穿通-IGBT技術(shù)沒(méi)有增加這個(gè)部分)。如等效電路圖所示(圖1),其中一個(gè)MOSFET驅(qū)動(dòng)兩個(gè)雙極器件?;膽?yīng)用在管體的P+和 N+ 區(qū)之間創(chuàng)建了一個(gè)J1結(jié)。 當(dāng)正柵偏壓使柵極下面反演P基區(qū)時(shí),一個(gè)N溝道形成,同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)電子流,并完全按照功率 MOSFET的方式產(chǎn)生一股電流。如果這個(gè)電子流產(chǎn)生的電壓在0.7V范圍內(nèi),那么,J1將處于正向偏壓,一些空穴注入N-區(qū)內(nèi),并調(diào)整陰陽(yáng)極之間的電阻率,這種方式降低了功率導(dǎo)通的總損耗,并啟動(dòng)了第二個(gè)電荷流。后的結(jié)果是,在半導(dǎo)體層次內(nèi)臨時(shí)出現(xiàn)兩種不同的電流拓?fù)洌阂粋€(gè)電子流(MOSFET 電流); 一個(gè)空穴電流(雙極)。

IGBT(絕緣柵雙極晶體管)作為新型電力半導(dǎo)體場(chǎng)控自關(guān)斷器件,集功率MOSFET的高速性能與雙極性器件的低電阻于一體,具有輸進(jìn)阻抗高,電壓控制功耗低,控制電路簡(jiǎn)單,耐高壓,承受電流大等特性,在各種電力變換中獲得極廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí),各大半導(dǎo)體生產(chǎn)廠(chǎng)商不斷開(kāi)發(fā)IGBT的高耐壓、大電流、高速、低飽和壓降、高可靠、低本錢(qián)技術(shù),主要采用1um以下制作工藝,研制開(kāi)發(fā)取得一些新進(jìn)展。 [3]
低功率IGBT
IGBT應(yīng)用范圍一般600V、1KA、1KHz以上區(qū)域,為滿(mǎn)足家電行業(yè)的發(fā)展需求,摩托羅拉、ST半導(dǎo)體、三菱等公司推出低功率IGBT產(chǎn)品,實(shí)用于家電行業(yè)的微波爐、洗衣機(jī)、電磁灶、電子整流器、照相機(jī)等產(chǎn)品的應(yīng)用。
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