提示 ていじ :此条
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主 ぬし 题不
是 ぜ LGBT 。
三菱 みつびし 制 せい 大功 たいこう 率 りつ IGBT模 かたぎ 块
IGBT 的 てき 符号 ふごう
绝缘栅双极电晶 あきら 体 からだ (英 えい 语:I nsulated G ate B ipolar T ransistor, IGBT ),是 ぜ 半 はん 导体器 き 件 けん 的 てき 一 いち 种,主要 しゅよう 用 よう 于电动车辆 、铁路机 つくえ 车 及动车组 的 てき 交流 こうりゅう 电电动机 つくえ 的 てき 输出控 ひかえ 制 せい 。传统的 てき BJT 导通电阻小 しょう ,但 ただし 是 ぜ 驱动电流大 だい ,而MOSFET 的 てき 导通电阻大 だい ,却有着 ぎ 驱动电流小 しょう 的 てき 优点。IGBT正 せい 是 ぜ 结合了 りょう 这两者 しゃ 的 てき 优点:不 ふ 仅驱动电流 りゅう 小 しょう ,导通电阻也很低 ひく 。
这种电晶体 たい 结合了 りょう 金属 きんぞく 氧化物 ぶつ 半 はん 导体场效应晶体 からだ 管 かん (MOSFET )的 てき 高 だか 电流单栅控 ひかえ 制 せい 特性 とくせい 及双 そう 极性电晶体 たい 的 てき 低 てい 饱和电压的 てき 能力 のうりょく ,在 ざい 单一的 てき IGBT器 き 件 けん 里 さと ,会 かい 透 とおる 过把一 いち 个隔离的场效应电晶 あきら 体 からだ (FET)结合,作 さく 为其控 ひかえ 制 せい 输入,并以双 そう 极性电晶体 からだ 作 さく 开关。
用途 ようと 和 わ 特 とく 征 せい [ 编辑 ]
绝缘栅双极晶体 からだ 管 かん 其基本 きほん 包装 ほうそう 为三个端点的功率级半 はん 导体元 もと 件 けん ,其特点 てん 为高效率 こうりつ 及切换速度 そくど 快 かい ,为改善 かいぜん 功 こう 率 りつ 级BJT运作的 てき 工作 こうさく 状 じょう 况而诞生。
IGBT结合了 りょう 场效电晶体 たい 闸极易 えき 驱动的 てき 特性 とくせい 与 あずか 双 そう 极性电晶体 たい 耐 たい 高 だか 电流与 あずか 低 てい 导通电压压降特性 とくせい ,IGBT通 どおり 常用 じょうよう 于中高 だか 容量 ようりょう 功 こう 率 りつ 场合,如切 きり 换式电源供 きょう 应器 、马达控 ひかえ 制 せい 与 あずか 电磁炉 ろ 。大型 おおがた 的 てき IGBT模 かたぎ 组 应用于数百安培与六千伏特的电力系统领域,其模组内部 ぶ 包含 ほうがん 数 すう 个单一 いち IGBT元 もと 件 けん 与 あずか 保 ほ 护电路 ろ 。
IGBT为近数 すう 十 じゅう 年 ねん 发明产物,第 だい 一 いち 代 だい IGBT产品于1980年代 ねんだい 与 あずか 1990年 ねん 初期 しょき ,但 ただし 其切换速度 ど 不快 ふかい 且开关截止 とめ 时易产生闩锁 与 あずか 二 に 次 じ 崩 くずし 溃现象 ぞう ,第 だい 二 に 代 だい IGBT产品便 びん 有 ゆう 很大的 てき 进展,第 だい 三 さん 代 だい IGBT产品为目前 ぜん 主流 しゅりゅう ,其切 きり 换速度 そくど 直 ちょく 逼功率 りつ 级MOSFET的 てき 速度 そくど 并且在 ざい 电压电流容量 ようりょう 上 じょう 有 ゆう 很大的 てき 进步。
原理 げんり [ 编辑 ]
IGBT是 ぜ 强 きょう 电流、高 こう 压应用 よう 和 わ 快速 かいそく 终端设备用 よう 垂直 すいちょく 功 こう 率 りつ MOSFET的 てき 自然 しぜん 进化。由 よし 于实现一个较高的击穿电压 BVDSS 需要 じゅよう 一个源漏通道,而这个通道 どう 却具有 ぐゆう 很高的 てき 电阻率 りつ ,因 いん 而造成功 せいこう 率 りつ MOSFET具有 ぐゆう RDS (on) 数 かず 值高的 てき 特 とく 征 せい ,IGBT消 しょう 除 じょ 了 りょう 现有功 ゆうこう 率 りつ MOSFET的 てき 这些主要 しゅよう 缺点 けってん 。虽然最新 さいしん 一 いち 代 だい 功 こう 率 りつ MOSFET 器 き 件 けん 大幅 おおはば 度 ど 改 あらため 进了 RDS (on) 特性 とくせい ,但 ただし 是 ぜ 在高 ありだか 耐 たい 压的器 き 件 けん 上 じょう ,功 こう 率 りつ 导通损耗仍然要 よう 比 ひ IGBT 技 わざ 术高出 で 很多。较低的 てき 压降,转换成 なり 一 いち 个低 VCE (sat) 的 てき 能力 のうりょく ,以及IGBT的 てき 结构,同 どう 一个标准双极器件相比,可 か 支持 しじ 更 さら 高 だか 电流密度 みつど ,并简化 か IGBT驱动器 き 的 てき 原理 げんり 图。
IGBT的 てき 结构与功 こう 率 りつ MOSFET十 じゅう 分 ふん 相似 そうじ ,主要 しゅよう 差 さ 异是IGBT增加 ぞうか 了 りょう P+基 もと 片 へん 和 わ 一 いち 个N+缓冲层(NPT-非 ひ 穿 ほじ 通 どおり -IGBT技 わざ 术没有 ゆう 增加 ぞうか 这个部分 ぶぶん ),如等效 こう 电路图所示 しめせ ,其中一 いち 个MOSFET驱动两个双 そう 极器件 けん 。
基 もと 片 へん 的 てき 应用在 ざい 管 かん 体 たい 的 てき P+和 わ N+区 く 之 の 间创建 たて 了一 りょういち 个J1结,当正 とうせい 栅偏压使栅极下面 かめん 反 はん 演 えんじ P基 もと 区 く 时,一 いち 个N沟道形成 けいせい ,同 どう 时出现一个电子 こ 流 りゅう ,并完全 ぜん 按照功 こう MOSFET的 てき 方式 ほうしき 产生电流。如果电子流 りゅう 产生的 てき 电压在 ざい 0.7 V 范围内 ない ,那 な 么J1将 しょう 处于正 ただし 向 こう 偏 へん 压状态,一 いち 些空穴 あな 注入 ちゅうにゅう N-区内 くない ,并调整 せい 阴阳极之间的电阻率 りつ ,这种方式 ほうしき 降 くだ 低 てい 了 りょう 功 こう 率 りつ 导通的 てき 总损耗,并启动了第 だい 二 に 个电子 こ 流 りゅう 。最 さい 后 きさき 的 てき 结果是 ぜ ,在 ざい 半 はん 导体层次内 ない 临时出 で 现两种不同 ふどう 的 てき 电流拓 つぶせ 扑,即 そく 一 いち 个电子 こ 流 りゅう (MOSFET 电流)和 かず 空 そら 穴 あな 电流(双 そう 极)。
当 とう 在 ざい 栅极施 ほどこせ 加 か 一个负偏压或栅压低于门限值时,沟道被 ひ 禁止 きんし ,没 ぼつ 有 ゆう 空 そら 穴 あな 注入 ちゅうにゅう N-区内 くない 。在任 ざいにん 何 なん 情 じょう 况下,如果MOSFET电流在 ざい 开关阶段迅速 じんそく 下降 かこう ,集 しゅう 电极电流则逐渐降低 てい ,这是因 いん 为换向 こう 开始后 きさき ,在 ざい N层内还存在 そんざい 少数 しょうすう 的 てき 载流子 こ (少子 しょうし )。这种残余 ざんよ 电流值(尾 お 流 りゅう )的 てき 降 くだ 低 てい ,完全 かんぜん 取 と 决于关断时电荷 に 的 てき 密度 みつど ,而密度 ど 又 また 与 あずか 几种因 いん 素 もと 有 ゆう 关,如掺杂质的 てき 数量 すうりょう 和 かず 拓 たく 扑,层次厚 あつ 度 たび 和 わ 温度 おんど 。少子 しょうし 的 てき 衰 おとろえ 减使集 しゅう 电极电流具有 ぐゆう 特 とく 征 せい 尾 お 流 りゅう 波形 はけい ,集 しゅう 电极电流引起功 こう 耗升高和 こうわ 交叉 こうさ 导通问题,特 とく 别是在 ざい 使用 しよう 续流二 に 极管 的 てき 设备上 じょう ,问题更 さら 加 か 明 あかり 显。
鉴于尾 お 流 りゅう 与 あずか 少子 しょうし 的 てき 重 じゅう 组有关,尾 び 流 りゅう 的 てき 电流值应与芯 しん 片 へん 的 てき 温度 おんど ,以及与 あずか IC 和 わ VCE 密 みつ 切 きり 相 しょう 关的空 そら 穴 あな 移 うつり 动性有 ゆう 密 みつ 切 きり 关系。因 よし 此,根 ね 据 すえ 所 しょ 达到的 てき 温度 おんど ,降 くだ 低 てい 这种作用 さよう 在 ざい 终端设备设计上 じょう 的 てき 电流的 てき 不 ふ 理想 りそう 效 こう 应是可 か 行 ぎょう 的 てき 。
阻断与 あずか 闩锁 [ 编辑 ]
当 とう 集 しゅう 电极被 ひ 施 ほどこせ 加 か 一个反向电压时, J1受到反 はん 向 こう 偏 へん 压控制 せい ,耗尽层则会 かい 向 むこう N-区 く 扩展。因 よし 过多地 ち 降 くだ 低 てい 这个层面的 てき 厚 あつ 度 たび ,将 はた 无法取得 しゅとく 一个有效的阻断能力,所以 ゆえん ,这个机 つくえ 制 せい 十 じゅう 分 ふん 重要 じゅうよう 。
另一方面 ほうめん ,如果过大地 ち 增加 ぞうか 这个区域 くいき 尺寸 しゃくすん ,就会连续地 ち 提 ひさげ 高 だか 压降,因 いん 此IC 和 かず 电荷移 うつり 动速度 そくど 相 しょう 同 どう 时,NPT器 き 件 けん 的 てき 压降比 ひ 等 とう 效 こう PT器 き 件 けん 的 てき 高 だか 。
当 とう 栅极和 わ 发射极短接 せっ 并在集 しゅう 电极端子 たんし 施 ほどこせ 加 か 一个正电压时,P/N J3结受反 はん 向 こう 电压控 ひかえ 制 せい 。此时,仍然是 ぜ 由 よし N漂移区 く 中 ちゅう 的 てき 耗尽层承受外部 ぶ 施 ほどこせ 加 か 的 てき 电压。
IGBT在 ざい 集 しゅう 电极与发射极之间有一 いち 个寄生 きせい PNPN晶 あきら 闸管,如图1所 しょ 示 しめせ 。在 ざい 特殊 とくしゅ 条件下 じょうけんか ,这种寄生 きせい 器 き 件 けん 会 かい 导通。这种现象会 かい 使 つかい 集 しゅう 电极与发射极之间的电流量 りょう 增加 ぞうか ,对等效 こう MOSFET的 てき 控 ひかえ 制 せい 能力 のうりょく 降 くだ 低 てい ,通常 つうじょう 还会引起器 き 件 けん 击穿问题。晶 あきら 闸管导通现象被 ひ 称 しょう 为IGBT闩锁。具体 ぐたい 地 ち 说,这种缺陷 けっかん 的 てき 原因 げんいん 互不相 しょう 同 どう ,与 あずか 器 うつわ 件 けん 状 じょう 态关系 けい 密 みつ 切 きり :通常 つうじょう 情 じょう 况下,当 とう 晶 あきら 闸管全部 ぜんぶ 导通时,静 せい 态闩锁出现,只 ただ 在 ざい 关断时才会 かい 出 で 现动态闩锁。这一特殊现象严重地限制了安全操作区。为防止 ぼうし 寄生 きせい NPN和 わ PNP晶 あきら 体 からだ 管 かん 的 てき 有害 ゆうがい 现象,有 ゆう 必要 ひつよう 采 さい 取 と 以下 いか 措施:防止 ぼうし NPN部分 ぶぶん 接 せっ 通 どおり ,分 ふん 别改变布局 きょく 和 わ 掺杂级别;降 くだ 低 てい NPN和 わ PNP晶 あきら 体 からだ 管 かん 的 てき 总电流 りゅう 增益 ぞうえき 。
此外,闩锁电流对PNP和 わ NPN器 き 件 けん 的 てき 电流增益 ぞうえき 有 ゆう 一定 いってい 的 てき 影 かげ 响,因 いん 此,它与结温的 てき 关系也非常 ひじょう 密 みつ 切 きり ;在 ざい 结温和 おんわ 增益 ぞうえき 提 ひさげ 高 だか 的 てき 情 じょう 况下,P基 もと 区 く 的 てき 电阻率 りつ 会 かい 升 ます 高 だか ,破 やぶ 坏了整体 せいたい 特性 とくせい 。因 よし 此,器 うつわ 件 けん 制 せい 造 づくり 商 しょう 必须注意 ちゅうい 将 しょう 集 しゅう 电极最大 さいだい 电流值与闩锁电流之 の 间保持 ほじ 一定 いってい 的 てき 比例 ひれい ,通常 つうじょう 比例 ひれい 为1:5。
应用范围 [ 编辑 ]
电联车 或 ある 电动车辆 之 これ 马达 驱动器 き 、变频冷 ひや 气 、变频冰箱 ,甚至是 ぜ 大 だい 瓦 かわら 特 とく 输出音 おん 响放 ひ 大器 たいき 的 てき 音源 おんげん 驱动元 もと 件 けん 。IGBT特 とく 点在 てんざい 于可以大功 こう 率 りつ 场合可 か 以快速 そく 做切换动作 さく ,因 いん 此通常 つうじょう 应用方面 かたも 都 と 配合 はいごう 脉冲宽度调变 (Pulse Width Modulation,PWM)与 あずか 低 てい 通 つう 滤波器 き (Low-pass Filters)。
由 よし 于半导体元 もと 件 けん 技 わざ 术的精 せい 进,半 はん 导体源 げん 料 りょう 品 ひん 质的提 ひさげ 升 ます ,IGBT单价价格越来 ごえく 越 えつ 便宜 べんぎ ,其应用 よう 范围更 さら 贴近家 か 用 よう 产品范围,不 ふ 再 さい 只 ただ 是 ぜ 高 だか 功 こう 率 りつ 级的电力系 けい 统 应用范畴,如电动车辆 与 あずか 混合 こんごう 动力车的 てき 马达驱动器 き 便 びん 是 ぜ 使用 しよう IGBT元 もと 件 けん ,丰田汽车 第 だい 二代混合动力车 Prius II 便 びん 使用 しよう 50kw IGBT模 も 组变频器控 ひかえ 制 せい 两组交流 こうりゅう 马达/发电机 つくえ 以便与 あずか 直流 ちょくりゅう 电池组作电力能 のう 量 りょう 之 の 间的转换。
相 あい 关条目 め [ 编辑 ]
参考 さんこう 来 らい 源 げん [ 编辑 ]
引用 いんよう
书目
外部 がいぶ 链接[ 编辑 ]