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目前国内没有系统掌握igbt制造工艺的人才,从国外先进功率器件公司引进是捷径,但单单引进一个人很难掌握igbt制造的全流程,而要引进一个团队难度太大,国外igbt制造中许多是有保护,目前如果要从国外购买igbt设计和制造。
renesas,nec,ricoh,sanke,seiko,sanyo,sharp,fujitsu,toshiba,rohm,matsushita,fujielectric等等,日本厂商在分立功率器件方面做的较好。
igbt简介
igbt(insulated gate bipolar transistor),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。
收起
igbt特性
静态特性
三菱制大功率igbt模块
igbt的静态特性主要有伏安特性、转移特性。
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。它与gtr的输出特性相似.也可分为饱和区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。栅源电压受漏极电流限制,其值一般取为15v左右。
动态特性
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igbtigbt具有和双极型电力晶体管类似的伏安特性,随着控制电压uge的增加,特性曲线上移,开关电源中的igbt通过uge电平的变化,使其在饱和与截止两种状态交替工作,(1)提供适当的正反向电压,使igbt能可靠地开通和关断。
其值为0.7-1v,udr--扩展电阻rdr上的压降,roh--沟道电阻,通态电流ids可用下式表示:ids=(1+bpnp)imos式中imos--流过mosfet的电流,由于n+区存在电导调制效应。
动态特性又称开关特性,igbt的开关特性分为两大部分:一是开关速度,主要指标是开关过程中各部分时间;另一个是开关过程中的损耗。
igbt的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。igbt处于导通态时,由于它的pnp晶体管为宽基区晶体管,所以其b值极低。尽管等效电路为达林顿结构,但流过mosfet的电流成为igbt总电流的主要部分。此时,通态电压uds(on)可用下式表示::
uds(on)=uj1+udr+idroh
式中uj1——ji结的正向电压,其值为0.7~1v;udr——扩展电阻rdr上的压降;roh——沟道电阻。
通态电流ids可用下式表示:
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简化等效电路和电气图形符号如图所示,如图所示为n沟道vdmosfft与gtr组合的n沟道igbt(n-igbt)的内部结构断面示意图,igbt比vdmosfet多一层p+注入区,形成丁一个大面积的pn结j1。
igbt的控制,驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配,另外,在未采取适当的防静电措施情况下,g-e断不能开路,四,igbt的结构igbt是一个三端器件,它拥有栅极g,集电极c和发射极e,igbt的结构。
ids=(1+bpnp)imos
式中imos——流过mosfet的电流。
由于n+区存在电导调制效应,所以igbt的通态压降小,耐压1000v的igbt通态压降为2~3v。igbt处于断态时,只有很小的泄漏电流存在。
igbt在开通过程中,大部分时间是作为mosfet来运行的,只是在漏源电压uds下降过程后期,pnp晶体管由放大区至饱和,又增加了一段延迟时间。td(on)为开通延迟时间,tri为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton即为td(on)tri之和,漏源电压的下降时间由tfe1和tfe2组成。
igbt的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压,栅极电压可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时,必须基于以下的参数来进行:器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。因为igbt栅极-发射极阻抗大,故可使用mosfet驱动进行触发,不过由于igbt的输入电容较mosfet为大,故igbt的关断偏压应该比许多mosfet驱动电路提供的偏压更高。
igbt在关断过程中,漏极电流的波形变为两段。因为mosfet关断后,pnp晶体管的存储电荷难以迅速消除,造成漏极电流较长的尾部时间,td(off)为关断延迟时间,trv为电压uds(f)的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成,而漏极电流的关断时间
t(off)=td(off)+trv十t(f)
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