igbt模塊的基本原理

2022-03-16

絕緣柵雙極晶體管綜合了電力晶體管和電力場效應(yīng)晶體管的優(yōu)勢,具備優(yōu)良的特性,應(yīng)用領(lǐng)域很普遍;igbt模塊也是三端元器件:柵極,集電極和發(fā)射極。

電力MOSFET元器件是單極型(N溝道MOSFET中僅電子導(dǎo)電、P溝道MOSFET中僅空穴導(dǎo)電)、電壓控制型開關(guān)元器件;所以其通、斷驅(qū)動控制功率不大,開關(guān)速度快;但通態(tài)降壓大,難于做成高壓大電流開關(guān)元器件。
電力三極晶體管是雙極型(當(dāng)中,電子、空穴2種多數(shù)載流子都參與導(dǎo)電)、電流控制型開關(guān)元器件;所以其通-斷控制驅(qū)動功率大,開關(guān)速度不夠快;但通態(tài)壓降低,可做成較高電壓和較大電流的開關(guān)元器件。

為了兼具這2種元器件的優(yōu)勢,棄其缺陷,20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)了將它們的通、斷機制相結(jié)合的新一代半導(dǎo)體電力開關(guān)元器件——絕緣柵極雙極型晶體管(insulatedgatebipolartransistor,igbt模塊)。

它是1種復(fù)合元器件,其輸入控制部分為MOSFET,輸出級為雙級結(jié)型三極晶體管;所以兼具MOSFET和電力晶體管的優(yōu)勢,即高輸入阻抗,電壓控制,驅(qū)動功率小,開關(guān)速度快,工作頻率可達到10~40kHz(比電力三極管高),飽和壓降低(比MOSFET小得多,與電力三極管相當(dāng)),電壓、電流容量較大,安全工作區(qū)域?qū)挕D壳?500~3000V、800~1800A的igbt模塊元器件已有產(chǎn)品,可供幾千kVA之下的高頻電力電子設(shè)備選用。

圖1為igbt模塊的符號、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等值線路及靜態(tài)特性。igbt模塊也有3個電極:柵極G、發(fā)射極E和集電極C。輸入部分是一個MOSFET管,圖1中Rdr表示MOSFET的等效調(diào)制電阻(即漏極-源極間的等效電阻RDS)。輸出部分為1個PNP三極管T1,另外還有一個內(nèi)部寄生的三極管T2(NPN管),在NPN晶體管T2的基極與發(fā)射極間有1個體區(qū)電阻Rbr。

當(dāng)柵極G與發(fā)射極E間的另加電壓UGE=0時,MOSFET管內(nèi)無導(dǎo)電溝道,其調(diào)配電阻Rdr可視作無窮大,Ic=0,MOSFET處在斷態(tài)。在柵極G與發(fā)射極E間的另加控制電壓UGE,可以轉(zhuǎn)變MOSFET管導(dǎo)電溝道的寬度,進而轉(zhuǎn)變調(diào)配電阻Rdr,這就轉(zhuǎn)變了輸出晶體管T1(PNP管)的基極電流,控制了IGBT管的集電極電流Ic。

當(dāng)UGE足夠大時(例如15V),則T1飽和導(dǎo)電,igbt模塊進入通態(tài)。一旦撤除UGE,即UGE=0,則MOSFET從通態(tài)轉(zhuǎn)至斷態(tài),T1截止,igbt模塊元器件從通態(tài)轉(zhuǎn)至斷態(tài)。

以上就是傳承電子對igbt模塊的基本原理的介紹,傳承電子是一家以電力電子為專業(yè)領(lǐng)域的功率半導(dǎo)體模塊制造商,為眾多的企業(yè)公司提供功率半導(dǎo)體模塊的定制、生產(chǎn)和加工,同時還給眾多公司提供來料代工或貼牌加工業(yè)務(wù)。主要產(chǎn)品為各種封裝形式的絕緣式和非絕緣式功率半導(dǎo)體模塊、各種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)的功率半導(dǎo)體模塊等。

關(guān)注微信公眾號,了解更多資訊