IGBT模块工作原理及接线图

作者:兰洋科技    浏览量:6683    时间:2023年04月01日    标签: IGBT模块

作为新型电力半导体器件的主要代表,IGBT 被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。随着半导体材料和加工工艺的不断进步,IGBT 的电流密度、耐压和频率不断得到提升。目前,市场上的 IGBT 器件的耐压高达 6500V,单管芯电流高达 200A,频率达到 300kHz。在高频大功率领域,目前还没有任何一个其它器件可以代替它。本文着重分析讨论 IGBT 器件的设计要点。 

IGBT 的基本结构和工作原理 

从图 1 可以看出,IGBT 是一个复合器件,由一个 MOSFET 和一个 PNP 三极管组成,也可以把它看成是一个 VDMOS 和一个PN 二极管组成。图 2 是 IGBT 的等效电路。

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图 1   IGBT 原胞的基本结构 

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图 2   IGBT 器件的等效电路图 

1. IGBT 的  静态特性

常规 IGBT 只有正向阻断能力,由 PNP 晶体管的集电结承担,而其反向的电压承受能力只有几十伏,因为 PNP 晶体管的发射结处没有任何终端和表面造型。 

IGBT  在通态情况下,除了有一个二极管的门槛电压(0.7V 左右)以外,其输出特性与 VDMOS 的完全一样。图 3  一并给出了 IGBT 器件的正、反向直流特性曲线。

IGBT  的主要静态参数: 

  • 阻断电压 V(BR)CES  – 器件在正向阻断状态下的耐压;

  • 通态压降 VCE(on) – 器件在导通状态下的电压降;

  • 阈值电压 VGEth – 器件从阻断状态到导通状态所需施加的栅极电压 VG

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图 3   IGBT 器件的正、反向直流特性 

2. IGBT 的开关特性

IGBT 的开关机理与 VDMOS 完全一样,由 MOS 栅来控制其开通和关断。所不同  的是 IGBT 比 VDMOS 在漏极多了一个 PN 结,在导通过程中有少子空穴的参与,这就是所谓的电导调制效应。  这一效应使得 IGBT 在相同的耐压下的通态压降比 VDMOS的低。由于在漂移区内空穴的存在,在 IGBT 关断时,这些空穴必须从漂移区内消失。与 VDMOS 的多子器件相比,IGBT 双极器件的关断需要更长的时间。

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图 4   IGBT 器件的开关特性 

IGBT  的主要开关参数: 

  • 开通时间 (td(on)+tr) – 器件从阻断状态到开通状态所需要的时间;

  • 关断时间 (td(off)+tf) – 器件从开通状态到阻断状态所需要的时间; 开通能量(Eon) – 器件在开通时的能量损耗;

  • 关断能量(Eoff) – 器件在关断时的能量损耗。

本文标题:IGBT模块工作原理及接线图

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