所有人都知道IGBT的标准定义,但是很少有人详细地、系统地从这句话抽丝剥茧,一层一层地分析为什么定义里说IGBT是由BJT和MOS组成的,它们之间有什么区别和联系,在应用的时候,什么时候能选择IGBT、什么时候选择BJT、什么时候又选择MOSFET管。这些问题其实并非很难,你跟着我看下去,就能窥见其区别及联系。为什么说IGBT是由BJT和MOSFET组成的器件?要搞清楚IGBT、BJT、MOSFET之间的关系,就必须对这三者的内部结构和工作原理有大致的了解。BJT:双极性晶体管,俗称三极管。内部结构(以PNP型BJT为例)如下图所示。BJT内部结构及符号如同我上篇文章(IGBT这玩意儿——从名称入手)讲的,双极性即意味着器件内部有空穴和电子两种载流子参与导电,BJT既然叫双极性晶体管,那其内部也必然有空穴和载流子,理解这两种载流子的运动是理解BJT工作原理的关键。由于图中e(发射极)的P区空穴浓度要大于b(基极)的N区空穴浓度,因此会发生空穴的扩散,即空穴从P区扩散至N区。同理,e(发射极)的P区电子浓度要小于b(基极)的N区电子浓度,所以电子也会发生从N区到P区的扩散运动。这种运动终会造成在发射结上出现一个从N区指向P区的电场,即内建电场。这些IGBT是汽车级别的,属于特种模块,价格偏贵。海南优势西门康IGBT模块代理商
该电场会阻止P区空穴继续向N区扩散。倘若我们在发射结添加一个正偏电压(p正n负),来减弱内建电场的作用,就能使得空穴能继续向N区扩散。扩散至N区的空穴一部分与N区的多数载流子——电子发生复合,另一部分在集电结反偏(p负n正)的条件下通过漂移抵达集电极,形成集电极电流。值得注意的是,N区本身的电子在被来自P区的空穴复合之后,并不会出现N区电子不够的情况,因为b电极(基极)会提供源源不断的电子以保证上述过程能够持续进行。这部分的理解对后面了解IGBT与BJT的关系有很大帮助。MOSFET:金属-氧化物-半导体场效应晶体管,简称场效晶体管。内部结构(以N-MOSFET为例)如下图所示。MOSFET内部结构及符号在P型半导体衬底上制作两个N+区,一个称为源区,一个称为漏区。漏、源之间是横向距离沟道区。在沟道区的表面上,有一层由热氧化生成的氧化层作为介质,称为绝缘栅。在源区、漏区和绝缘栅上蒸发一层铝作为引出电极,就是源极(S)、漏极(D)和栅极(G)。上节我们提到过一句,MOSFET管是压控器件,它的导通关断受到栅极电压的控制。我们从图上观察,发现N-MOSFET管的源极S和漏极D之间存在两个背靠背的pn结,当栅极-源极电压VGS不加电压时。海南优势西门康IGBT模块代理商IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流,使IGBT导通。
一、IGBT是什么IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。通俗来讲:IGBT是一种大功率的电力电子器件,是一个非通即断的开关,IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路。三大特点就是高压、大电流、高速。二、IGBT模块IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写,IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点,又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点,其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间,可正常工作于几十kHz频率范围内。
在现代电力电子技术中得到了越来越的应用,在较高频率的大、率应用中占据了主导地位。IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOS截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件,在它的栅极—发射极间施加十几V的直流电压,只有在uA级的漏电流流过,基本上不消耗功率。1、IGBT模块的选择IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。其相互关系见下表。使用中当IGBT模块集电极电流增大时,所产生的额定损耗亦变大。同时,开关损耗增大,使原件发热加剧,因此,选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。特别是用作高频开关时,由于开关损耗增大,发热加剧,选用时应该降等使用。2、使用中的注意事项由于IGBT模块为MOSFET结构,IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄,其击穿电压一般达到20~30V。因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。因此使用中要注意以下几点:在使用模块时。这个电压为系统的直流母线工作电压。
公共栅极单元100与第1发射极单元101和第二发射极单元201之间通过刻蚀方式进行隔开;第二表面上设有工作区域10和电流检测区域20的公共集电极单元200;接地区域30则设置于第1发射极单元101内的任意位置处;电流检测区域20和接地区域30分别用于与检测电阻40连接,以使检测电阻40上产生电压,并根据电压检测工作区域10的工作电流。具体地,工作区域10和电流检测区域20具有公共栅极单元100和公共集电极单元200,此外,电流检测区域20还具有第二发射极单元201和第三发射极单元202,检测电阻40则分别与第二发射极单元201和接地区域30连接。此时,在电流检测过程中,工作区域10由公共栅极单元100提供驱动,以使公共集电极单元200上的电流ic通过第二发射极单元201达到检测电阻40,从而可以在检测电阻40上产生测试电压vs,进而可以根据该测试电压vs检测工作区域10的工作电流。因此,在上述电流检测过程中,电流检测区域20的第二发射极单元201相当于没有公共栅极单元100提供驱动,即对于igbt芯片的电子和空穴两种载流子形成的电流,电流检测区域20的第二发射极单元201只获取空穴形成的电流作为检测电流,从而避免了检测电流受公共栅极单元100的电压的影响。在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用广。海南优势西门康IGBT模块代理商
动态特性又称开关特性,IGBT的开关特性分为两大部分。海南优势西门康IGBT模块代理商
对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的一种igbt器件的结构图;图2为本发明实施例提供的一种电流敏感器件的结构图;图3为本发明实施例提供的一种kelvin连接示意图;图4为本发明实施例提供的一种检测电流与工作电流的曲线图;图5为本发明实施例提供的一种igbt芯片的结构示意图;图6为本发明实施例提供的另一种igbt芯片的结构示意图;图7为本发明实施例提供的一种igbt芯片的表面结构示意图;图8为本发明实施例提供的另一种igbt芯片的表面结构示意图;图9为本发明实施例提供的另一种igbt芯片的表面结构示意图;图10为本发明实施例提供的另一种igbt芯片的表面结构示意图;图11为本发明实施例提供的另一种igbt芯片的表面结构示意图;图12为本发明实施例提供的另一种igbt芯片的表面结构示意图;图13为本发明实施例提供的另一种igbt芯片的表面结构示意图;图14为本发明实施例提供的另一种igbt芯片的表面结构示意图;图15为本发明实施例提供的一种半导体功率模块的结构示意图;图16为本发明实施例提供的一种半导体功率模块的连接示意图。图标:1-电流传感器;10-工作区域;101-第1发射极单元。海南优势西门康IGBT模块代理商
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