《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 1.7 绝缘栅双极型晶体管
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1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
3、IGBT的主要参数
(1)最大集射极间电压UCEM: IGBT在关断状态时集电极和发射极之间能承受的最高
电压。 (2)通态压降:
是指IGBT在导通状态时集电极和发射极之间的管压降。 (3)集电极电流最大值ICM:
IGBT的 IC增大,可至器件发生擎住效应,此时为防 止 发生擎住效应,规定的集电极电流最大值ICM。 (4)最大集电极功耗PCM:
IGBT于1982年开始研制,1986年投产,是发展最快而且 很有前途的一种混合型器件。
目前IGBT产品已系列化,最大电流容量达1800A,最高电 压等级达4500V,工作频率达50kHZ。
在电机控制、中频电源、各种开关电源以及其它高速低
损耗的中小功率领域,IGBT取代了GTR和一部分MOSFET的市场。
图1.7.4 IGBT的开关特性
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
2、IGBT的开关特性
(2)IGBT的关断过程
❖ 关断延迟时间td(off) :从UGE后沿下 降到其幅值90%的时刻起,到ic下降 至90%ICM 所需的时间。
❖ 电流下降时间:if从90%ICM下降至 10%ICM 所需的时间。
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
2、IGBT的开关特 (1)IGBT的开通过程:从正
向阻断状态转换到正向导通 的过程。 10开%U通C延EM迟到时10间%tIdC(Mon所) :需IC时从间。 10%电IC流M上上升升至时9间0%tr I:CMI所C从需时 间。 开通时间ton :
ton = td(on) + tr
IGBT也属场控器件,其驱动原理与电 力MOSFET基本相同,是一种由栅极电压UGE 控制集电极电流的栅控自关断器件。
导 通 : UGE 大 于 开 启 电 压 UGE(th) 时 ,
MOSFET 内 形 成 沟 道 , 为 晶 体 管 提 供 基 极 电 流,IGBT导通。
导通压降:电导调制效应使电阻RN减小, 使通态压降小。
❖ 关断时间toff:关断延迟时间与电流 下降之和。
电流下降时间又可分为tfi1和tfi2
tfi1——IGBT内部的MOSFET的关断 过程,ic下降较快。
tfi2——IGBT内部的PNP晶体管的关 断过程,ic下降较慢。
图1.7.4 IGBT的开关特性
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
1.7.1 绝缘栅双极型晶体管及其工作原理
1. IGBT的结构
➢ IGBT的外形结构如图1.7.1(a)
➢ 电气符号如图1.7.1(b)所示
➢ IGBT的结构如图1.7.2(a)所示
➢ 简化等效电路如图1.7.2(b)所 示
➢ 它是在VDMOS管结构的基础上
再增加一个P+层,形成了一个
大面积的P+N结J1,和其它结
(7) 最 高 允 许 结 温 TjM : IGBT 的 最 高 允 许 结 温 TjM 为 150℃ 。 VDMOS 的 通 态 压 降 随 结 温 升 高 而 显 著 增 加 , 而 IGBT的通态压降在室温和最高结温之间变化很小,具有良 好的温度特性。
J由2、VDJM3O一S 驱起
构成了一个相当于 动 的 厚 基 区 PNP 型
பைடு நூலகம்
GTR;
➢ IGBT有三个电极: 集电极C、 发射极E和栅极G;
图1.7.1 IGBT的外形结构 和电气图形符号
图 1.7.2 IGBT的结构和简化等效电 路
1.7.1 绝缘栅双极型晶体管及其工作原理
2.IGBT的工作原理
图1.7.3 IGBT的伏安特性
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
1、IGBT的伏安特性和转移特性
(2)IGBT的转移特性曲线
IGBT开通: UGE>UGE(TH)(开启电 压,一般为3~6V) ;其输出电流 Ic与驱动电压UGE基本呈线性关系;
IGBT关断: UGE<UGE(TH);
图1.7.3 IGBT的转移特性
正常工作温度下允许的最大功耗 。
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
3、IGBT的主要参数
(5) 安全工作区
正偏安全工作区FBSOA:IGBT 在开通时为正向偏置时的安全工 作区,如图1.7.5(a)所示。
反偏安全工作区RBSOA:IGBT 在关断时为反向偏置时的安全工 作区,如图1.7.5 (b) 所示。
电力电子技术(第5版)
第1章 电力电子器件
Power Electronics
1.7 绝缘栅双极型晶体管
1.7 、绝缘栅双极型晶体管
绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor 简称IGBT:) 。
兼具功率MOSFET高速开关特性和GTR的低导通压降特性两 者优点的一种复合器件。
IGBT的导通时间越长,发热 越严重,安全工作区越小。
在使用中一般通过选择适当 的UCE和栅极驱动电阻控制,避免 IGBT因过高而产生擎住效应。
图1.7.6 IGBT的安全工作区
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
3、IGBT的主要参数
(6) 输入阻抗:IGBT的输入阻抗高,可达 109~1011Ω 数量级,呈纯电容性,驱动功率小,这些与VDMOS相似。
2、IGBT的开关特性
(2)IGBT的关断过程
IGBT的开关时间与集电极电流、栅极电阻以及结温等参数有关。由 图1.7.5曲线可知,随着Ic和RG的增加,开通时间ton、上升时间tr、关断 时间toff和下降时间tf都趋向增加,其中RG对开关时间影响较大。
图1.7.5 2MBI100-120 型模块的开关时间与集电极电流Ic 、 栅极电阻RG的 关系曲线
关断:栅射极间施加反压或不加信号 时 , MOSFET 内 的 沟 道 消 失 , 晶 体 管 的 基 极 电流被切断,IGBT关断。
图1.7.3 IGBT伏安特性
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性与主要参数
1、IGBT的伏安特性和转移特性
(1)IGBT的伏安特性
电流I反c的映关在系一。定的栅极一发射极电压UGE下器件的输出端电压UCE与 IGBT的伏安特性分为:截止区、有源放大区、饱和区和击穿区。