绝缘栅双极型晶体管(Insulate-Gate Bipolar)

IGBT特点总结
开关速度高，开关损耗小。
相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且 具有耐脉冲电流冲击能
力。 通态压降比电力MOSFET低。 输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。 与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关 频率高的特点 。
2、 IGBT的动态特性
IGBT的开通过程
U GE 90% U 10% U
GEM
U
GEM
开通延迟时间td(on)
电流上升时间tr 开通时间ton uCE的下降过程分为 tfv1 和tfv2两段。 tfv1——IGBT内 MOSFET单独工作的 电压下降过程； tfv2——MOSFET 和 PNP 晶 体 管 同 时 工 作
UGE增加 UGE(th) UFM UCE b)
URM 反向阻断区 O UGE(th) a) UGE
正向阻断区
O
转移特性——IC与 UGE间的关系(开启电 图1-23 IGBT的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性 压UGE(th))
转移特性— IC与UGE间的关系
• UGE低于开启电压时，IGBT处于关闭状态； • UGE大于开启电压时，IGBT开启， IC与 UGE基本呈线性关系； • 通常IGBT的开启电压在3-5.5V之间。
Hale Waihona Puke Baidu
10% I CM 0 U CE U t on
CEM
t off
t
t fv1
t fv2 U
CE(on)
O
t
图1-24 IGBT的开关过程
三、IGBT的主要参数
(1) 最大集射极间电压UCES
——由内部PNP晶体管所能承受的击穿电压确定。
(2) 最大集电极电流
——包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP 。
• 栅极(Gate)、源极(Source)、漏极 (Drain)——铝片 • 绝缘层——二氧化硅(厚度很薄) • 衬底——掺杂浓度低、电阻率较高 的P型硅半导体
• N沟道增强型MOSFET的工作原理
•
• 什么是IGBT？为什么要使用IGBT？
功率MOSFET属于多子导电，无电导调制机制，当要提高阻断电 压时，其导电电阻将迅速增加，以至于器件无法正常工作，为克 服这个缺点，我们在MOSFET中的漏极侧引入一个PN结，可大 大提高电流密度，我们称此为IGBT。
U
GEM
关断延迟时间td(off）
电流下降时间tf 关断时间toff
GEM
90% I CM
0 IC t d(on) tr
I CM t d(off) t fi1 tf t fi2
t
电流下降时间又可分为 tfi1和tfi2两段。
tfi1——IGBT 器 件 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。
绝缘栅双极型晶体管 (Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)
毛乾坤 15自动化(2)班 1505033034
主要内容
• N沟道增强型MOSFET的工作原理 • 什么是IGBT？为什么要使用IGBT？
• IGBT的结构、原理以及工作特性
• N沟道增强型MOSFET的工作原理
• IGBT(InsulatedGate BipolarTransistor)是 MOS结构双极器件， 采用MOSFET与GTR 的复合结构，属于具 有功率MOSFET的高 速性能与双极的低电 阻性能的功率器件。 IGBT的应用范围一般 都在耐压600V以上、 电流10A以上、频率 为1kHz以上的区域。
(3) 最大集电极功耗PCM
——正常工作温度下允许的最大功耗 。
三、IGBT的主要参数
(4) 栅射极开启电压UGE(th）
——使IGBT导通所需的最小栅射极电压，通常在3-5.5V。
(5) 栅射极额定电压UGES
——栅极的电压控制信号额定值，只有栅射极电压小于 额定电压值，才能使IGBT导通而不致损坏 。 (6) 集射极饱和电压UCEO ——通过额定电流时的集射极电压。通 常在1.5-3V间。
转移特性曲线
输出特性曲线
当UCE<0时，IGBT为反向阻断工作 状态，无集电极电流。
• 分为三个区域：正向阻断 区、有源区和饱和区。 • 当0<UGE<UGE(th)时，正向 阻断状态，无导电沟道， 只有很小的电流； • 当UGE>UGE(th)时，导电沟 道形成，IGBT正向导通， UGE越大， IC越大，作为 开关状态工作的IGBT应避 开此区，否则功耗会很大； • IGBT作为开关状态工作， 在饱和区和正向阻断区之 间来回转换。
• IGBT的结构、原理以及工作特性
三端器件：栅极G、集电极C和发射极E
发射极 栅极 导通：UGE大于开启电压 G UGE(th)时，MOSFET 内 E 形成沟道，为晶体管提供基极电流， IGBT导通。 N+ N+ N+ N+ P P J3 J2 N 漂移区 通态压降：电导调制效应使电阻 RoN减小，使通 缓冲区 G N+ 态压降减小。 J1 P+ 注入区
关断：栅射极间施加反压或不加信号时， C 集电极 MOSFET 内的沟道消失，晶体管的基极电流被 a) 切断，IGBT关断
+ ID RN VJ1 + + IDRon -
C IC C G
E b) c)
• IGBT的静态特性
IC IC 有源区 饱 和 区
输出特性
•分为三个区域： 正向阻断区、有 源区和饱和区。
GEM
90% I CM
0 IC t d(on) tr
I CM t d(off) t fi1 tf t fi2
t
10% I CM 0 U CE U t on
CEM
t off
t
t fv1
t fv2 U
CE(on)
O
t
图1-24 IGBT的开关过程
IGBT的关断过程
U GE 90% U 10% U
GEM