关于igbt的讨论.doc

关于IGBT的讨论IGBT的基本结构IGBT的工作原理和工作特性IGBT的擎住效应和安全工作区IGBT的驱动与保护技术集成IGBT驱动电路EXB841EXB841原理分析使用IGBT中的注意事项和EXB841典型应用电路IGBT的基本结构绝缘栅双极晶体管本质上是一个场效应晶体管,只是在漏极和漏区之间多了一个  P型层。根据国际电 工委员会  IEC/TC( CO)  13 3 9文件建议,其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。图 2-53所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构,N+区称为源区,附于其上的电极称为源极。N+区称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区(包括P+和P一区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannel region)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区( Drain  injector),它是  IGBT特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成 PNP双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。为了兼顾长期以来人们的****惯,IEC规定:源极引出的电极端子(含电极端)称为发射极端(子),漏极引出的电极端(子)称为集电极端(子)。这又回到双极晶体管的术语了。但仅此而已。IGBT的结构剖面图如图2-53所示。它在结构上类似于MOSFET,其不同点在于 IGBT是在 N沟道功率 MOSFET的  N+基板(漏极)上增加了一个P+基板( IGBT的集电极),形成PN结j1,并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。由图 2- 5 4可以看出, IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR,其简化等效电路如图2-55所示。图中Rdr是厚基区GTR的扩展电阻。IGBT是以GTR为主导件、  MOSFET为驱动件的复合结构。N沟道IGBT的图形符号有两种,如图2-56。所示。实际应用时,常使用图   2- 5 6b所示的符号。对于P沟道,图形符号中的箭头方向恰好相反,如图 2-57所示。IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极加正电压时,MOSFET内形成沟道,并为PNP晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通,此时,从   P+区注到   N一区进行电导调制,减少   N 一 区的电阻Rdr值,使高耐压的IGBT也具有低的通态压降。在栅极上加负电压时,MOSFET内的沟道消失,PNP晶体管的基极电流被切断,IGBT即关断。正是由于   IGBT是在   N沟道   MOSFET的   N+基板上加一层   P+基板,形成了四层结构,由PNP-NPN晶体管构成IGBT。但是,NPN晶体管和发射极由于铝电极短路,设计时尽可能使NPN不起作用。所 以说,IGBT的基本工作与NPN晶体管无关,可以认为是将N沟道MOSFET作为输入极,PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。采取这样的结构可在N一层作电导率调制,提高电流密度。这是因  为从P+基板经过N+层向高电阻的   N--层注入少量载流子的结果。IGBT的设计是通过PNP-NPN晶体管的连接形成晶闸管。IG BT的工作原理和工作特性IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFET,所以具有高输入阻抗特性。当 MOSFET的沟道形成后,从 P+基极注入到 N一层的空穴(少子),对N一层进行电导调制,减小N一层的电阻,使IGBT在高电压  时,也具有低的通态电压。IGBT的工作特性包括静态和动态两类:、转移特性和  开关特性。IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时,漏极电流与  栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制,Ugs越高,Id越大。  区1、放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT,正向电  压由J2结承担,反向电压由J1结承担。如果无 N+缓冲区,则正反  向阻断电压可以做到同样水平,加入N+缓冲区后,反向关断电压只  能达到几十伏水平,因此限制了IGBT的某些应用范围。IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的  关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同,当栅源电压小于开启电  压Ugs(th)时,IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电  流范围内,Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限  制,其最佳值一般取为  15V左右。IGBT的开关特性是指漏极电流与