新型结构IGBT功率模块
IGBT模块驱动电路
IGBT模块的使用和安装1.简介IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
GBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
IGBT非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
图1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+ 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 一区)(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。
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。
电力电子技术的新进展及其应用
电力电子技术的新进展及其应用电力电子技术是当今社会中非常重要的一个领域。
近年来，随着科技的不断进步和人们对环保、节能和高效的需求不断提高，电力电子技术也在不断发展与创新。
本文旨在介绍电力电子技术的新进展以及其在现代社会中的应用。
一、电力电子技术的新进展1、新型IGBT模块的研发IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是电力电子技术中非常重要的一种器件，广泛应用于交流变直流、电机控制、变频调速等领域。
为提高IGBT模块的效率和稳定性，在多项研究中，人们开始关注IGBT模块的结构、工艺和材料等方面的改进。
一种新的IGBT模块是全极面键合技术（full-surface wire bonding technology）制造的。
与传统机械键合技术相比较，全极面键合技术能够提供更大的可靠性和更强的耐久性，其结构也更为简单，更容易集成其他模块或器件。
同时，全极面键合技术也能够提供更高的解决方案种类，以及单一模块上高达12个IGBT芯片的压缩。
这种新型IGBT模块的问世极大程度地提高了电力电子设备的效率与可靠性。
2、新型功率半导体器件的应用功率半导体器件是电力电子技术中最常用的器件之一。
最近在这方面的研究中，可以看到针对某些特殊的应用场合，出现了一些新型的功率半导体器件。
例如，一款新型的硅基氮化镓（GaN）晶体管已经被研制出来，该器件相比传统硅制器件具备更高的开关速度、更高的工作频率、更低的开关噪声、更高的开关效率和更低的导通电阻等优点。
这种器件还能够在800V DC电压、15A的高压、高温环境下稳定工作。
这种新型功率半导体器件的应用，大大提高了电力电子设备的创新能力和发展速度。
二、电力电子技术的应用1、交流变直流电源在交流变直流电源的应用方面，在工业制造和家庭用电方面都有广泛的应用。
利用交流斩波技术，交流电源可以转化成稳定的直流电源，从而为电子设备的正常功能提供电力支持。
新一代3.3kV IGBT模块的开发
ａ ｖ ｎ ｅ ｅ ｉｎ３ ｅ ｎ ｗ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ３ ３ｋ ｄ ａ ｃ ｄ ｄ ｓｇ ．ｈ ｅ ｅ ｅ ａ ｉ ． Ｖ ＨＶＩ Ｔ ｍｏ ｕ ｅ ａ ｅ ｕ ｅｔ ｅ ｐ ｗｅ ｓ ｎ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｅｒ ｔ ｄ ｃ ｒ ｎ ｙ ＂ ｏ ＧＢ ｄ ｌ ｓｃ ｎ ｒ ｄ ｃ ｈ ｏ ｒｌ ｓ ａ ｄ ｉ ｃ ｅ ｓ ｈ ａ ｅ ｕ ｒ ｔｂ ｏ ｅ ｕ ｉ ｚｎ ｉ ｉ ｒ ｖ ｄ ｎ ｗ ｃ ｉ — ｅ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｓ ｔ ｉ ｇ ｔ ｓ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｈ ｐ ｓ ｔ ｅｆ ｍ ｎ ｅ ． ｌｉ ｈ ｏ
率 损 耗 的 同 时提 高 额 定 电流
关键 词 ： 块 ／ 面 Ｍ Ｓ栅 轻 穿透 Ｈ １Ｂ 软 恢 复 高 压二 极 管 模 平 Ｏ ＶＧ Ｔ：
中 图分 类 号 ： Ｍ ６ Ｔ ４ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ０ ０ ｌｏ ２ ０ ） ９ ０ ７ — ３ ｌ ０ 一 ０ Ｘ（ ０ ８ ０ — ０ ６ ０
ＳＩｒ ， ａａａｉ Ｍ Ｉｏ ｅ ＳＦ ｊａ ｕａ Ａ Ｎ ｒ ｋ ， ｎ ｕ ， ｕｉ ｚ ｔ
（ 三菱 电机 功 率 器件 福 同制 作 所 ．日本 福 同 ８９ ０ ９ ） １— １２
摘要 ： 大功 率 应 用 需 要具 有 低 功 耗 、 可靠性 的高 Ｉ Ｂ （ Ｉ Ｂ ） 块 。然 而 这 些特 性 通 常 是相 互 制 约 的 ， 达 到 高 Ｇ Ｔ ＨＶＧ Ｔ 模 为
IGBT模块项目实施方案
IGBT模块项目实施方案一、项目背景与目标IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块作为一种新型的功率半导体器件，在电力传输、驱动器、逆变器等领域具有广泛的应用前景。
本项目旨在开发一种高性能、高可靠性的IGBT模块，并实施相关的生产工艺与质量控制措施，以满足市场需求。
二、项目内容与任务1.IGBT模块设计与开发：通过对市场需求的调研与技术分析，确定IGBT模块的性能指标与规格。
基于现有技术和经验，进行电路设计、元器件选型与模块结构设计，并制作样品进行验证与测试。
2.生产工艺流程的优化：在模块设计的基础上，建立相应的生产工艺流程，涉及到芯片切割、焊接、封装等环节。
通过优化工艺流程，提高生产效率和质量水平。
3.质量控制体系的建立：建立一套严格的质量控制体系，包括原材料入库检验、中间环节质量把控、成品质量检验等。
制定一系列标准和程序，并建立相关检测设备与仪器，以确保生产过程和产品质量的稳定性和可靠性。
4.试生产与批量生产：在工艺流程和质量控制体系验证的基础上，进行试生产，并对生产过程和产品质量进行评估和调整。
在试生产成功后，逐步实施批量生产，确保产品的供应能够满足市场需求。
三、项目实施计划1.招募项目团队：成立由电气工程师、机械工程师、工艺工程师、质量工程师等专业人员组成的项目团队。
团队成员要求具备相关领域的技术背景和实践经验。
2.进行前期调研与需求分析：对市场需求和竞争格局进行全面的调研和分析，明确项目目标、技术指标和产品规格。
3.设计与开发阶段：基于前期的调研和需求分析，进行IGBT模块的电路设计和结构设计。
并制作样品进行验证和测试。
4.工艺流程优化：根据设计结果，建立生产工艺流程，包括材料准备、生产设备选择和工序设置等。
并进行试验验证与调整，确保流程的合理性和可行性。
5.质量控制体系建立：制定质量控制标准和程序，并建立相应的检测设备和仪器。
进行质量控制体系的试运行和调整，确保质量控制的科学性和有效性。
IGBT模块驱动技术及应用
二、IGBT驱动与保护
驱动线
IGBT驱动线在设计过程中，尽量设计短，并双绞。
二、IGBT驱动与保护
结温
高结温将有助于减少在高杂散电感条件下的震荡
二、IGBT驱动与保护
二、IGBT驱动与保护
Vce尖峰
Vce尖峰电压由IGBT关断过程中杂散电感及二极管反向恢复产生。
L=85nH
L=185nH
衡IGBT的通态损耗和开关损耗。
一、IGBT基本原理
（2）非穿通（NPT）型IGBT
与PT型IGBT不同，NPT型IGBT以掺杂的N-
栅极
发射极
基区为衬底，P掺杂发射区设计的很薄，没有
PT型IGBT的N型缓冲区，这样在阻断状态，电
场只在N型衬底内存在。因为电场不再“穿
通”N型衬底，因此被称为“非穿通”型IGBT。
针对感性负载，为了防止过压，IGBT需要
并联一个续流二极管给电流提供续流回路。RC
N+
P
IGBT并不是简单的在外部并联一个半导体二极
管，而是在半导体内部实现了一个二极管，主
N-基区
（衬底）
要用于谐振电路、硬开关电路中。
N场终止层
P
N
集电极
P
一、IGBT基本原理
英飞凌IGBT
二、IGBT驱动与保护
IGBT模块驱动技术及应用
一、IGBT基本原理
目
录
二、IGBT驱动与保护
三、双脉冲测试
四、安全工作区
一、IGBT基本原理
1. IGBT基本介绍
IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）绝缘栅双极型晶体管
IGBT之父:Jayant Baliga(贾杨.巴利加)教授（20世纪80年代发明）
概述智能功率模块IGBT—IPM及其应用
1引⾔ 在⼤功率电⼒电⼦器件应⽤中，IGBT 已取代GTR 或MOsF 龃成为主流。
⼼盯的优点在予输⼊阻抗⾼、开关损耗⼩、饱和压降低、通断速度快、热稳定性能好、耐⾼压且承受⼤电流、驱动电路简单。
⽬前，由妇BT 单元构成的功率模块在智能化⽅⾯得到了迅速发展，智能功率模块(IPM)不仅包括基本组合单元和驱动电路，还具有保护和报警功能。
IPM 以其完善的功能和⾼可靠性创造了很好的应⽤条件，利⽤IPM 的控制功能，与微处理器相结合，可⽅便地构成智能功率控制系统。
IGBT ⼀IPM 模块适⽤变频器、直流调速系统、DC—DC 变换器以及有源电⼒滤波器等，其中富⼠R 系列IGBT ⼀IPM 是应⽤较⼴泛的产品之⼀。
2 IGBll_IPM 的结构 IPM Ⅱ模块有6单元或7单元结构，⽤陶瓷基板作绝缘构造，基板可直接安装在散热器上，控制输⼊端为2.54m 标准单排封装，可⽤⼀个通⽤连接器直接与印刷电路板相连。
主电源输⼊(P ，N)、制动输出(B)及输出端(u ，v ，w)分别就近配置，主配线⽅便;主端⼦⽤M5螺钉，可实现电流传输。
IPM 的结构框图如图l 所⽰，其基本结构为IGBT 单元组成的三相桥臂;内含续流⼆极管、制动⽤IG 明和制动⽤续流⼆极管;内置驱动电路、保护电路和报警输出电路。
IPM 共有6个主回路端(P ，N ，B ，u ，v ，w)、16个控制端，其中vccu 、vccv 、vccw 分别为u 、v 、w 相上桥臂控制电源输⼊的+端，GNDU 、GNDV 、GNDW 分别为对应的⼀端;Vinu 、vinV 、vinW 分别为上桥臂u 、v 、w 相控制信号输⼊端，vcc 、GND 为下桥臂公⽤控制电源输⼊;vinX 、vinY 、vinZ 分别为下桥臂x 、Y 、z 相控制信号输⼊端;vinDB 为制动单元控制信号输⼊端;ALM 为保护电路动作时的报警信号输出端。
图1 IPM 结构框图 R 系列IGBT—IPM 产品包括：中容量600v 系列50A ～150A 、1200v 系列25A ～75A;⼤容量600v 系列200A ～300A 、1200v 系列100A ⼀150A 。
英飞凌各代IGBT模块技术详解
英飞凌各代IGBT模块技术详解IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的英文缩写。
它是八十年代末，九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。
由于它将 MOSFET 和 GTR 的优点集于一身，既有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，电压驱动（MOSFET 的优点，克服 GTR 缺点）；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展（GTR 的优点，克服 MOSFET 的缺点）等综合优点，因此 IGBT 发展很快，在开关频率大于 1KHz，功率大于 5KW 的应用场合具有优势。
随着以 MOSFET、IGBT 为代表的电压控制型器件的出现，电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段，并使电力电子技术发展得更加丰富，同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。
英飞凌／EUPEC IGBT 芯片发展经历了三代，下面将具体介绍。
一、IGBT1－平面栅穿通（PT）型 IGBT （1988 1995）西门子第一代 IGBT 芯片也是采用平面栅、PT 型 IGBT 工艺，这是最初的 IGBT 概念原型产品。
生产时间是 1990 年－ 1995 年。
西门子第一代 IGBT 以后缀为“DN1” 来区分。
如 BSM150GB120DN1。
图 1.1 PT-IGBT 结构图PT 型 IGBT 是在厚度约为 300－500μm 的硅衬底上外延生长有源层，在外延层上制作IGBT 元胞。
PT-IGBT 具有类 GTR 特性，在向 1200V 以上高压方向发展时，遇到了高阻、厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。
因此，PT-IGBT 适合生产低压器件，600V 系列 IGBT 有优势。
二、IGBT2－第二代平面栅 NPT-IGBT西门子公司经过了潜心研究，于 1989 年在 IEEE 功率电子专家会议（PESC）上率先提出了 NPT－IGBT 概念。
由于随着 IGBT 耐压的提高，如电压VCE≥1200V，要求 IGBT 承受耐压的基区厚度dB>100μm，在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法，不仅成本高，而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。
一种N层插入形成分离P体区的新型槽栅IGBT
摘
要： 绝缘栅 双极 晶体 管（ Ｉ ＧＢ Ｔ ） 在 功率 电子应 用 ， 比如 电动 机控 制 和 高压 开 关
模式电源等方面具有重要 的意义。本文提 出了一种新型的 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ结构，就是在普通
１ Ｇ Ｂ Ｔ 的 Ｐ体 区 中插 入 Ｎ 层 ， 形 成分 离的 Ｐ体 区。 这种 结构 导通 压 降低 ， 同时又保 持
应用 ｛ ２ １ 。然而 ， 随着 击穿电压的提高 ， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的导通压降也会
随之迅速 增加。 因此 ， 器件设计 优化 的 目的就是在不牺 牲
击穿 电压 的情况下 ， 降低导通压降。为了提高 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ整体性
能 ，槽 栅 、超 结和 浮 空 Ｐ层 的结构 相继 提 出 。功率
可 以完全耗尽 。在开 态时 ， 从Ｎ ＋源通过 Ｎ体 区流入 Ｎ漂
的新 型槽 栅 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ［ ９ ］ ， 本 文 在 此 基 础 上 对 该 器 件 机 理 进 一 步
讨论分析并 与普通的槽栅 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ进行对 比 ，发现该器件不 仅可 以提高空穴注入效率 ， 还可 以降低导 通压 降。另外 ， 新 型结构含有 两条 电流通路 ，在不牺牲击 穿 电压 的情 况下 ，
Ｏ 引 言 １ 器 件 结 构 和 机 理
半 导体 功率器 件在世 界能 源 的分 布 和控制方 面扮演 着重 要的角色ｌ ｌ 】 。 由于 同时具有双 极晶体管和 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ的 优点， 绝缘栅 双极 晶体 管（ Ｉ Ｇ Ｂ ％ｔ ￣中高压有 着极其 重要 的 图 １给出了普通槽栅 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ （ Ｃ Ｔ — Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ） 和ｓ Ｐ槽栅 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ
ｆ Ｓ Ｐ — ｔ ｒ ｅ ｎ ｃ ｈ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ） 的结构 图。 首先 ， Ｐ体 区被 Ｎ体 区插入分 隔
IGBT
双极器件的存储效应 影响了IGBT器件 的 关断速度。因此关断 过程分为两个阶段： 其一，MOS管导通电 流的迅速降低阶段tf1 （陡降阶段），二是 三极管电流缓慢减到 零的阶段，即与基区 过剩载流子复合有关 的缓慢下降阶段tf2 （指数下降阶段，
陡降区
指数下 降区
IGBT的关断时间有钱人定义为电压为零到IC下降 到0.1倍稳态值时所经历的时间。
UGE 90%UGEM
UGEM
10%UGE0M IC
90% ICM
td(on)
ICM tr
td(off)
t tf
10% ICM 0
UCE
ton UCEM
tfi1 tfi2
toff
t
tfv1 tfv2
UCE(on)
O
t
关断过程
为了从正向导通状态转 入正向阻断状态， IGBT的栅极通过外电 路与发射极短接，以便 让栅电容放电。当栅电 压下降到MOSFET的开 启电压八度音阶以下时， 沟道消失，MOS管关断， PNP基路。
4、工作特性与参数
❖伏安特性
（1）静态特性
IC
VBR VC E
IGBT的伏安特性与GTR 类似，不同之处是，控 制参数是门源电压VGS， 而不是基极电流，伏安 特性分饱和区（Ⅰ）、 放大区（Ⅱ）和击穿区 （Ⅲ）。如果无N+缓冲 区，正反向阻断电压可 以做到同样水平，但加 入缓冲区，反向阻断电 压只有几十伏。
1、基本结构
IGBT每个器 件单元实际 上就是 MOSFET和 双极晶体管 BJT的组合
集电极 C
铝栅结构IGBT
硅栅结构IGBT
S
α2 α1
D
等效电路
C（D） G
IGBT模块
IGBT模块工作原理及使用中的注意事项来源： | 发表于：2009年04月13日1 IGBT模块简介IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知，若在IGBT的栅极G和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。
IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极G—发射极E间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。
实物图图1 IGBT的等效电路2 IGBT模块的选择IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。
其相互关系见下表。
使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。
同时，开关损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。
特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降温等使用。
3 使用中的注意事项由于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。
由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20～30V。
因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。
因此使用中要注意以下几点：1.在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后，再触摸；2.在用导电材料连接模块驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块；3.尽量在底板良好接地的情况下操作。
IGBT模块是什么？主要应用在那些领域？以及IGBT市场规模和发展方向
IGBT模块是什么？主要应用在那些领域？以及IGBT市场规模和发展方向IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由BJT(双极结型晶体三极管) 和MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其具有自关断的特征。
简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。
IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。
IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。
IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。
采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。
其外部有三个电极，分别为G-栅极，C-集电极，E-发射极。
在IGBT使用过程中，可以通过控制其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小，从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的控制。
1）当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。
2）当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。
3）当集-射极电压UCE＞0时，分两种情况：②若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。
②若栅-射极电压UGE＞Uth ，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常工作）。
此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降。
2024年IGBT功率模块市场前景分析
IGBT功率模块市场前景分析引言随着电力行业和电子消费品市场的快速发展，IGBT功率模块作为一种重要的半导体器件，在电力转换和电能控制方面起着至关重要的作用。
本文将对IGBT功率模块市场的前景进行分析，从市场规模、应用领域、竞争格局等方面进行探讨。
市场规模目前，IGBT功率模块市场正处于快速增长期。
据市场研究公司的数据显示，2019年全球IGBT功率模块市场规模达到X亿美元，并预计未来几年将以每年X%的复合年均增长率增长。
这主要受到电力行业对高效、节能电力转换设备的需求的推动，以及新兴领域如电动汽车、新能源设备等的快速发展所驱动。
应用领域1.电力行业：IGBT功率模块在电力传输和电网中的应用日益增加。
其高压、高频能力以及可靠性等优点，使其成为电力转换和控制装置的首选。
同时，随着电力行业对节能减排的要求不断提高，IGBT功率模块在电力输配系统的升级改造中扮演着重要角色。
2.工业控制：IGBT功率模块在工业领域的应用也越来越广泛。
其高效能量转换和精确控制能力，使其在机械设备、照明系统、工业自动化等方面发挥着重要作用。
此外，IGBT功率模块的可靠性和稳定性特点也使其广泛应用于工业控制领域。
3.新能源领域：随着新能源领域的迅速发展，特别是太阳能和风能发电的普及，对于大规模、高效能量转换器件的需求日益增长。
IGBT功率模块因其高压承受能力、高温工作能力和高效能量转换特性，成为新能源领域的理想选择。
竞争格局目前，全球IGBT功率模块市场竞争激烈，主要参与者包括国际知名半导体公司和一些本土企业。
国际公司如Infineon Technologies、Mitsubishi Electric、Fairchild Semiconductor等在市场上占据着主导地位。
这些公司凭借其广泛的产品线、强大的研发实力和雄厚的资金支持，持续推出创新产品，不断提高技术水平和市场份额。
然而，随着国内IGBT功率模块企业在技术研发和生产能力方面的提升，其市场份额也在不断扩大。
新能源汽车核心部件--电控IGBT模块入门详解,从小白到精通
根据乘联会数据，2022年6月新能源车国内零售渗透率27.4%，并且2022年6月29日欧盟对外宣布，欧盟27个成员国已经初步达成一致，欧洲将于2035年禁售燃油车。
市场越来越景气，同时国内近期新发布的新能源车型也百花齐放。
不论是普通消费者、新能源汽车产业相关从业者，还是一二级市场投资人，也逐渐深入关注研究新能源车的一些核心部件，尤其是功率器件IGBT模块，今天小编就用问答的形式给大家展开讲讲，希望能够用比较通俗的解释帮助到大家。
电驱系统和IGBT模块的作用要弄明白IGBT模块，就要先了解新能源汽车的电驱系统，先用一句话概括电驱系统如何工作：在驾驶新能源汽车时，电机控制器把动力电池放出的直流电（DC）变为交流电（AC）（这个过程即逆变），让驱动电机工作，电机将电能转换成机械能，再通过传动系统（主要是减速器）让汽车的轮子跑起来。
反过来，把车轮的机械能转换存储到电池的过程就是动能回收。
1、什么是“三电系统”和“电驱系统”？三电系统，即动力电池（简称电池）、驱动电机（简称电机）、电机控制器（简称电控），也被人们成为三大件，加起来约占新能源车总成本的70%以上，是决定整车运动性能核心的组件。
电驱系统，我们一般简单把电机、电控、减速器，合称为电驱系统。
但严格定义上讲，根据进精电动招股说明书，电驱动系统包括三大总成：驱动电机总成（将动力电池的电能转化为旋转的机械能，是输出动力的来源）、控制器总成（基于功率半导体的硬件及软件设计，对驱动电机的工作状态进行实时控制，并持续丰富其他控制功能）、传动总成（通过齿轮组降低输出转速提高输出扭矩，以保证电驱动系统持续运行在高效区间）。
图：电驱系统示意图图片来源：进精电动招股说明书2、什么是“多合一电驱系统”？一开始电机、电控、减速器都是各自独立的零部件，但随着技术的进步，我们把这三个部分集合在一起做成一个部件，就变成了“三合一电驱”。
集成的目的主要是节省空间、降低重量、提升性能、降低成本。
富士igbt功率模块
富士igbt功率模块
富士IGBT功率模块是一种高效的结构，可以满足多种应用场合。
它采用具有可靠性的高强度的IGBT三极管来制造，能够提供最大的负
载功率，从而满足系统设计和应用的要求。
富士IGBT功率模块在负载
管理和功耗控制方面表现出色，并且可以使用削尖的固体介质，以及
低电压，高效率控制隔离，这些特点使其在工业应用中表现出优势。
此外，还可以采用低浪涌的抗扰度特性，对低压，高压，甚至更
高的电压进行精确控制，从而将负载功率最大化。
此外，具有耐高温，超快速开关等特性，能够保证高精度，高效率的控制。
此外，还可以采用可调电流模式来实现负载管理，同时具备转换
效率、带有软启动技术、低滞后、低噪声特性和低共振特性，这些特
性使其成为电气和工业控制应用的理想选择。
总之，富士IGBT功率模块具有高可靠性，高转换效率，低噪声和
低浪涌的特性，同时还可以提供高精度，高效率的控制，可以满足多
种应用场合的要求，是电气和工业控制应用的理想选择。
功率半导体IGBT简介演示
VS
详细描述
根据结构的不同，IGBT可以分为平板型 和注入增强型。平板型IGBT具有较低的 通态电压降和较高的开关速度，而注入增 强型IGBT则具有较低的关断时间和较高 的安全工作区。此外，根据电流容量的不 同，IGBT可以分为小型、中型和大功率 型，以满足不同应用场景的需求。另外， 按照关断速度的不同，IGBT可以分为快 速和慢速型，其中快速型IGBT具有更快 的开关速度和更高的工作频率。
未来发展趋势
01
02
03
技术创新
随着新材料、新工艺的不 断发展，未来IGBT将朝着 更高频率、更高效率、更 低损耗的方向发展。
新能源汽车推动
随着新能源汽车市场的不 断扩大，IGBT在车载充电 器、电机控制器等领域的 市场需求将持续增长。
智能电网建设
智能电网建设将进一步推 动IGBT在智能电表、无功 补偿器等领域的应用。
新能源汽车对IGBT的需求分析
新能源汽车的快速发展对功率半导体提出了更高的要求，其中IGBT作为 关键的功率半导体器件，在新能源汽车中发挥着重要的作用。
新能源汽车中的电机控制器、充电桩和车载空调等系统都需要使用IGBT ，因此对IGBT的可靠性、效率和耐高温性能等方面有较高的要求。
随着新能源汽车市场的不断扩大，对IGBT的需求量也在逐年增加，这为 IGBT产业的发展提供了广阔的市场空间。
电流的导通和收集。
模块制造工艺
01
02
03
04
芯片选择与排列
根据电路需求选择合适的芯片 ，并将其排列在模块的基板上
。
焊接与连接
通过焊接技术将芯片与基板连 接起来，并与其他元件进行电
气连接。
灌胶与密封
将模块灌封胶，以保护内部芯 片和其他元件免受外界环境的
IGBT原理介绍
且得到越来越广泛的应用。
本文主要介绍了IGBT的结构特性、工作原理和驱动电路，同时简要概括了IGBT模块的选择方法和保护措施等，最后对IGBT的实际典型应用进行了分析介绍，通过对IGBT的学习，来探讨IGBT 在当代电力电子领域的广泛应用和发展前景。
关键词：IGBT；绝缘栅双极晶体管；MOSFET；驱动电路；电力电子驱动器件目录摘要 (I)1 前言 (1)2 IGBT的发展历程 (1)3 IGBT的结构特点和工作原理 (2)4 IGBT的驱动电路和保护 (4)4.1 IGBT对驱动电路的要求 (4)4.2 IGBT实用的驱动电路 (5)4.3 IGBT的保护措施 (8)5 IGBT的工作特性 (11)6 IGBT模块的选择和测试 (12)7 IGBT的应用实例 (15)7.1断路器永磁机构控制器的驱动电路 (15)7.2 变频调速系统 (16)7.3大功率商用电磁炉 (17)8 结论 (17)参考文献 (18)1 前言近年来，新型功率开关器件IGBT已逐渐被人们所认识，IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 与以前的各种电力电子器件相比，IGBI、具有以下特点：高输入阻抗，可采用通用低成本的驱动线路；高速开关特性；导通状态低损耗。
IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低,是一种适合于中、大功率应用的电力电子器件，IGBT在综合性能方面占有明显优势，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
本文主要通过对IGBT的结构特性和工作原理的学习，来探讨IGBT在当代电力电子领域的典型实际应用和发展前景。
新一代IGBT模块用高可靠氮化硅陶瓷覆铜基板研究进展
新一代IGBT模块用高可靠氮化硅陶瓷覆铜基板研究进展李少鹏【摘要】Electric vehicle is the most ideal \"clean vehicle\"driven by electric power, and it is an effective way to solve the problem of energy and environment. IGBT module is the core component of electric vehicle drive system. The high reliability of packaging material is demanded by IGBT module.In this paper, the latest practical IGBT module in the world is introduced. A new type of silicon nitride ceramic bonding copper substrate for electric vehicle is reviewed. The present research situation and preparation technology of silicon nitride ceramic bonding copper substrate is summarized.%电动汽车是靠电能驱动的最理想的\"清洁车辆\", 是解决能源环境问题的有效途径.作为电动汽车驱动系统的核心IGBT模块, 对封装材料的可靠性提出了越来越高的要求.从目前国际最新的实用化IGBT模块的发展出发, 介绍了一种新型的IGBT模块封装用氮化硅陶瓷覆铜基板, 综述了国内外的研究现状, 介绍了氮化硅陶瓷覆铜基板制备技术.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2019(048)001【总页数】8页(P1-7,16)【关键词】电动汽车;绝缘栅双极晶体管;氮化硅陶瓷覆铜基板;高可靠【作者】李少鹏【作者单位】中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄 050051【正文语种】中文【中图分类】TN433当前，我国的能源结构和环境污染问题日益严重，特别在北方多个城市冬季的雾霾现象给人们的正常生活和出行甚至健康造成了巨大影响。
IGBT功率模块
发展趋势
IGBT发展趋向是高耐压、大电流、高速度、低压降、高可靠、低成本为目标的，特别是发展高压变频器的应 用，简化其主电路，减少使用器件，提高可靠性，降低制造成本，简化调试工作等，都与IGBT有密切的内在，所 以世界各大器件公司都在奋力研究、开发，予估近2-3年内，会有突破性的进展。已有适用于高压变频器的有电 压型HV-IGBT,igct,电流型sgct等。
应用
IGBT是先进的第三代功率模块，工作频率1-20khz,主要应用在变频器的主回路逆变器及一切逆变电路，即 dc/ac变换中。例电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源、无轨电车等。问世迄今有十年多历史，几 乎已替代一切其它功率器件，例SCR、GTO、GTR、MOSFET、双极型达林顿管等如今功率可高达1MW的低频应用中， 单个元件电压可达4.0KV（pt结构）一6.5KV（npt结构），电流可达1.5KA,是较为理想的功率模块。
IGBT功率模块
绝缘栅双极型晶体管构成的模块
01 技术特点
Hale Waihona Puke 03 注意事项目录02 应用 04 发展趋势
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。
技术特点
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，最近西门子公司又 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。
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新型结构IGBT功率模块—flowPHASE
lowPHASE、变频器、寄生电感
1 引言
在中大功率变频器的设计中，IGBT模块已经得到越来越广泛的应用。
但由于现有IGBT模块继承了以前大功率晶闸管的结构特点，仍然采用螺栓式的连接方法。
造成的问题一是寄生电感大，EMI问题严重；二是由于必须通过铜排进行连接，成本高。
泰科电子（Tyco）针对以上问题，推出了新型结构的IGBT功率模块：flowPHASE 0，如图1所示。
它是基于Power flow的设计理念进行设计，寄生电感小，而且非常方便布线；另外在结构设计上继续采用Clip in技术，使得电路板，功率模块和散热器的连接更加简单可靠。
flowPHASE 0家族的模块是半桥结构，现有产品可以覆盖变频器15kW到30kW的应用。
图1 flowPHASE 0 IGBT模块示意图
2 PCB布线
对于模块本身的设计,结构的紧凑性很重要,但是更重要的是如何合理的布局模块的管脚。
泰科flowPHASE 0模块在结构布局上具有以下特点,如图2所示。
图2 全桥逆变使用示意图
● 模块内部电流流距短；
● 模块内部强弱电隔离分布；
● 在模块内部芯片布局时，综合考虑了外部PCB布线的简易性；
● 模块符合UL认证标准。
这些特点使得模块在实际应用时具有以下优点：
● 功率线短，方便布线且寄生电感小；
● 只要两层电路板就可以满足要求；
● 输入，输出功率线没有交叉，电磁兼容性好；
● 门极驱动管脚靠近驱动电路，驱动特性好；
● 使得变频器紧凑结构设计成为可能。
3 寄生电感
在高频应用场合中，寄生电感是造成IGBT关断过电压，关断损耗增加的罪魁祸首。
因为在关断IGBT 时，由于电流突变，会在寄生电感上感应出一个电压。
这个电压叠加在直流母线电压上造成关断电压尖峰，具体原理如下式所示：
VCE(peak)=VCE+L×di/dt
其中寄生电感L是直流母线上电流流过IGBT所包围的面积的等效电感，如下图3所示。
图3 寄生电感示意图
所以对于变频器设计者来说，如何有效降低回路中的寄生电感就显得非常重要。
flowPHASE 0模块由于按照Power flow的设计理念进行设计，模块内部寄生电感小。
另外它的结构特点使得用户可以在PCB正反两面叠加布置直流母线，这样可以大大降低直流母线电压正负端的距离，从而减小回路面积，降低模块外部寄生电感。
4 热特性
考虑到模块应用上的高功率密度，模块内部使用了直接铜熔结（DCB-Direct Copper Bonding）陶瓷基板。
对于通用型模块，flowPHASE 0使用了三氧化二铝（Al2O3）陶瓷基板，对于高性能产品，使用了氮化铝（AlN）陶瓷基板，它的导热性能要比Al2O3好五倍以上。
为了降低整个IGBT模块的功率损耗，模块内部使用了最新的低损耗型沟槽栅场终止芯片。
另外由于flowPHASE 0是半桥结构模块，通过分散放置，可以有效降低中心热点的温度，改善模块的热特性，最大化的利用散热器，具体如图4所示。
图4 全桥、半桥模块散热热点温度示意图
5 安装
IGBT模块结构上最脆弱的地方在管脚上，为了有效防止在焊接过程，安装过程以及实际使用时，模块管脚上承受过大的拉力或者震动力，flowPHASE 0模块在结构上采用了Clip in技术，完美的实现了模块，电路板和散热器的有效固定，具体如图5所示。
图5 Clip in 原理
6 结束语
泰科公司（Tyco）flowPHASE 0模块提供了低寄生电感，较好的热特性以及完美的结构固定方案，可以满足15kW到30kW变频器客户的需要。
陈道杰
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