绝缘栅双极型晶体管(Insulate-Gate-Bipolar).ppt

* * * 添加页脚 添加页脚 添加页脚 添加页脚 添加页脚 添加页脚 添加页脚 添加页脚 添加页脚 添加页脚 添加页脚 添加页脚 绝缘栅双极型晶体管 (Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT) 毛乾坤 15自动化(2)班 1505033034 主要内容 N沟道增强型MOSFET的工作原理 什么是IGBT？为什么要使用IGBT？ IGBT的结构、原理以及工作特性 N沟道增强型MOSFET的工作原理 栅极(Gate)、源极(Source)、漏极(Drain)——铝片 绝缘层——二氧化硅(厚度很薄) 衬底——掺杂浓度低、电阻率较高的P型硅半导体 N沟道增强型MOSFET的工作原理 什么是IGBT？为什么要使用IGBT？ 功率MOSFET属于多子导电，无电导调制机制，当要提高阻断电压时，其导电电阻将迅速增加，以至于器件无法正常工作，为克服这个缺点，我们在MOSFET中的漏极侧引入一个PN结，可大大提高电流密度，我们称此为IGBT。 IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件，采用MOSFET与GTR的复合结构，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。 IGBT的结构、原理以及工作特性 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E 导通：UGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。 通态压降：电导调制效应使电阻RoN减小，使通态压降减小。 关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断 a ) b ) O 有源区 正向阻断区 饱 和 区 反向阻断区 I C U GE(th) U GE O I C U RM U FM U CE U GE(th) U GE 增加 ?IGBT的静态特性 图1-23 IGBT的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性 转移特性——IC与UGE间的关系(开启电压UGE(th)) 输出特性 分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。 转移特性— IC与UGE间的关系 转移特性曲线 UGE低于开启电压时，IGBT处于关闭状态； UGE大于开启电压时，IGBT开启， IC与UGE基本呈线性关系； 通常IGBT的开启电压在3-5.5V之间。 输出特性曲线 分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。 当0UGEUGE(th)时，正向阻断状态，无导电沟道，只有很小的电流； 当UGEUGE(th)时，导电沟道形成，IGBT正向导通，UGE越大， IC越大，作为开关状态工作的IGBT应避开此区，否则功耗会很大； IGBT作为开关状态工作，在饱和区和正向阻断区之间来回转换。 当UCE0时，IGBT为反向阻断工作状态，无集电极电流。 t t t 10% 90% 10% 90% U CE I C 0 O 0 U GE U GEM I CM U CEM t fv1 t fv2 t off t on t fi1 t fi2 t d(off) t f t d(on) t r U CE(on) U GEM U GEM I CM I CM 图1-24 IGBT的开关过程 IGBT的开通过程?????? 开通延迟时间td(on) 电流上升时间tr 开通时间ton uCE的下降过程分为tfv1和tfv2两段。 tfv1——IGBT内MOSFET单独工作的电压下降过程； tfv2——MOSFET和PNP晶体管同时工作的电压下降过程。 2、???IGBT的动态特性 图1-24 IGBT的开关过程 关断延迟时间td(off） 电流下降时间tf 关断时间toff 电流下降时间又可分为tfi1和tfi2两段。 tfi1——IGBT器件内部的MOSFET的关断过程，iC下降较快。 tfi2——IGBT内部的PNP晶体管的关断过程，iC下降较慢。 IGBT的关断过程 t t t 10% 90% 10% 90% U CE I C 0 O 0 U GE U GEM I CM U CEM t fv1 t fv2 t off t on t fi1 t fi2 t d(off) t f t d(on) t r U CE(on) U GEM U GEM I CM I CM 三、IGBT的主要参数 ——正常工作温度下允许的最大功耗 。 (3) 最大集电极功耗PCM ——包括额