作為新型電力半導體器件的主要代表，IGBT 被廣泛用于工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學、交通、軍事和航空領域。隨著半導體材料和加工工藝的不斷進步，IGBT 的電流密度、耐壓和頻率不斷得到提升。目前，市場上的 IGBT 器件的耐壓高達 6500V，單管芯電流高達 200A，頻率達到 300kHz。在高頻大功率領域，目前還沒有任何一個其它器件可以代替它。本文著重分析討論 IGBT 器件的設計要點。 

IGBT 的基本結構和工作原理 

從圖 1 可以看出，IGBT 是一個復合器件，由一個 MOSFET 和一個 PNP 三極管組成，也可以把它看成是一個 VDMOS 和一個PN 二極管組成。圖 2 是 IGBT 的等效電路。

圖 1   IGBT 原胞的基本結構 

圖 2   IGBT 器件的等效電路圖 

1. IGBT 的  靜態(tài)特性

常規(guī) IGBT 只有正向阻斷能力，由 PNP 晶體管的集電結承擔，而其反向的電壓承受能力只有幾十伏，因為 PNP 晶體管的發(fā)射結處沒有任何終端和表面造型。 

IGBT  在通態(tài)情況下，除了有一個二極管的門檻電壓（0.7V 左右）以外，其輸出特性與 VDMOS 的完全一樣。圖 3  一并給出了 IGBT 器件的正、反向直流特性曲線。

IGBT  的主要靜態(tài)參數(shù)： 

• 阻斷電壓 V（BR）CES  – 器件在正向阻斷狀態(tài)下的耐壓；

• 通態(tài)壓降 VCE(on) – 器件在導通狀態(tài)下的電壓降；

• 閾值電壓 VGEth – 器件從阻斷狀態(tài)到導通狀態(tài)所需施加的柵極電壓 VG

圖 3   IGBT 器件的正、反向直流特性 

2. IGBT 的開關特性

IGBT 的開關機理與 VDMOS 完全一樣，由 MOS 柵來控制其開通和關斷。所不同  的是 IGBT 比 VDMOS 在漏極多了一個 PN 結，在導通過程中有少子空穴的參與，這就是所謂的電導調(diào)制效應。  這一效應使得 IGBT 在相同的耐壓下的通態(tài)壓降比 VDMOS的低。由于在漂移區(qū)內(nèi)空穴的存在，在 IGBT 關斷時，這些空穴必須從漂移區(qū)內(nèi)消失。與 VDMOS 的多子器件相比，IGBT 雙極器件的關斷需要更長的時間。

圖 4   IGBT 器件的開關特性 

IGBT  的主要開關參數(shù)： 

• 開通時間 (td(on)+tr) – 器件從阻斷狀態(tài)到開通狀態(tài)所需要的時間；

• 關斷時間 (td(off)+tf) – 器件從開通狀態(tài)到阻斷狀態(tài)所需要的時間； 開通能量(Eon) – 器件在開通時的能量損耗；

• 關斷能量(Eoff) – 器件在關斷時的能量損耗。

本文標題：IGBT模塊工作原理及接線圖

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