絕緣柵雙極晶體管原理,、特點及參數(shù)

        絕緣柵雙極晶體管IGBT又叫絕緣柵雙極型晶體管。

一．絕緣柵雙極晶體管的工作原理：
        半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分析略,。本講義附加了相關(guān)資料,，供感興趣的同事可以查閱,。
該器件符號如下：

N溝道         P溝道
圖1-8：IGBT的圖形符號

        注意,，它的三個電極分別為門極G,、集電極C、發(fā)射極E,。

圖1-9：IGBT的等效電路圖,。

        上面給出了該器件的等效電路圖。實際上,，它相當于把MOS管和達林頓晶體管做到了一起,。因而同時具備了MOS管、GTR的優(yōu)點,。

二．絕緣柵雙極晶體管的特點：
        這種器件的特點是集MOSFET與GTR的優(yōu)點于一身,。輸入阻抗高，速度快,，熱穩(wěn)定性好,。通態(tài)電壓低，耐壓高,，電流大,。
        它的電流密度比MOSFET大，芯片面積只有MOSFET的40%,。但速度比MOSFET略低,。
        大功率IGBT模塊達到1200-1800A/1800-3300V的水平（參考）。速度在中等電壓區(qū)域（370-600V）,，可達到150-180KHz,。

三．絕緣柵雙極晶體管的參數(shù)與特性：
  （1）轉(zhuǎn)移特性

圖1-10：IGBT的轉(zhuǎn)移特性

        這個特性和MOSFET極其類似，反映了管子的控制能力,。
  （2）輸出特性

圖1-11：IGBT的輸出特性

        它的三個區(qū)分別為：
        靠近橫軸：正向阻斷區(qū),，管子處于截止狀態(tài)。
        爬坡區(qū)：飽和區(qū),，隨著負載電流Ic變化,，UCE基本不變，即所謂飽和狀態(tài),。
        水平段：有源區(qū),。
  （3）通態(tài)電壓Von：

圖1-12：IGBT通態(tài)電壓和MOSFET比較

        所謂通態(tài)電壓，是指IGBT進入導(dǎo)通狀態(tài)的管壓降VDS,，這個電壓隨VGS上升而下降,。
        由上圖可以看到，IGBT通態(tài)電壓在電流比較大時,，Von要小于MOSFET,。
        MOSFET的Von為正溫度系數(shù),，IGBT小電流為負溫度系數(shù)，大電流范圍內(nèi)為正溫度系數(shù),。
（4）開關(guān)損耗：
      常溫下,，IGBT和MOSFET的關(guān)斷損耗差不多。MOSFET開關(guān)損耗與溫度關(guān)系不大,，但IGBT每增加100度,，損耗增加2倍。
      開通損耗IGBT平均比MOSFET略小,，而且二者都對溫度比較敏感,，且呈正溫度系數(shù)。
      兩種器件的開關(guān)損耗和電流相關(guān),，電流越大,，損耗越高。
（5）安全工作區(qū)與主要參數(shù)ICM,、UCEM,、PCM：
        IGBT的安全工作區(qū)是由電流ICM、電壓UCEM,、功耗PCM包圍的區(qū)域,。

圖1-13：IGBT的功耗特性

        最大集射極間電壓UCEM：取決于反向擊穿電壓的大小。
        最大集電極功耗PCM：取決于允許結(jié)溫,。
        最大集電極電流ICM：則受元件擎住效應(yīng)限制,。
        所謂擎住效應(yīng)問題：由于IGBT存在一個寄生的晶體管，當IC大到一定程度,，寄生晶體管導(dǎo)通,，柵極失去控制作用。此時,，漏電流增大,，造成功耗急劇增加，器件損壞,。
        安全工作區(qū)隨著開關(guān)速度增加將減小,。
  （6）柵極偏置電壓與電阻
        IGBT特性主要受柵極偏置控制，而且受浪涌電壓影響,。其di/dt明顯和柵極偏置電壓,、電阻Rg相關(guān)，電壓越高,，di/dt越大,，電阻越大,，di/dt越小,。
而且,，柵極電壓和短路損壞時間關(guān)系也很大，柵極偏置電壓越高,，短路損壞時間越短,。