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變頻電源的功率器件之IGBT絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性與研發(fā)

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是MOS結(jié)構(gòu)雙極器件，屬于具有功率 MOSFET的高速性能與雙極的低電阻性能的功率器件。IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓600V以上、電流10A以上、頻率為 1kHz以上的區(qū)域。多使用在工業(yè)用電機(jī)、民用小容量電動(dòng)機(jī)、變換器(逆變器)、照相機(jī)的頻閃觀測(cè)器、感應(yīng)加熱(Imnduction Heaing)電飯鍋等領(lǐng)域。根據(jù)封裝的不同，IGBT大致分為兩種類(lèi)型，一種是模壓樹(shù)脂密封的三端單體封裝型，從T0-3P到小型表面貼裝都已形成系列。另一種是把IGBT與FWD(FleeWheeIDiode)成對(duì)地(2或6組)封裝起來(lái)的模塊型，主要應(yīng)用在工業(yè)上。模塊的類(lèi)型根據(jù)用途的不同，分為多種形狀及封裝方式，都已形成系列化。IGBT是強(qiáng)電流、高壓應(yīng)用和快速終端設(shè)備用功率MOSFET的自然進(jìn)化。MOSFET由于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較高的擊穿電壓V心需要一個(gè)源漏通道，而這個(gè)通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率MOSFET具有Rm)數(shù)值高的特征，IGBT消除了現(xiàn)有功率MOSFET的這些主要缺點(diǎn)。雖然最新一代功率MOSFET器件大幅度改進(jìn)了R特性，但是在高電平時(shí)，功率導(dǎo)通損耗仍然要比IGBI高出很多。IGBT較低的壓降，轉(zhuǎn)換成一個(gè)低U的能力，以及IGBT的結(jié)構(gòu)，與同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡(jiǎn)化IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理圖。

IGBT的結(jié)構(gòu)

就IGBT的結(jié)構(gòu)而言，是在N溝道MOSFET的極N層上又附加上一層P層的P-N-PN+的4層結(jié)構(gòu)。圖1-16(a)為N溝道VDMOSFET與GIR組合N溝道IGBT(N-IGBT)，IGBT 比 VD.MOSFET多一層P*注入?yún)^(qū)，形成了一個(gè)大面積的P*N結(jié)J1，使IGBT導(dǎo)通時(shí)由P*注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流能力。簡(jiǎn)化等效電路圖1-16(b)表明，IGBT是GIR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)NP晶體管，R為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。