igbt功率模塊基本原理

2021-12-31


方式:

igbt功率模塊是將強電流、高壓用和快速終端設備用垂直功率MOSFET的自然進化。因為實現1個較高的擊穿電壓BVDSS需要1個源漏通道,而這一通道卻有著很高的電阻率,因此導致功率MOSFET有著RDS(on)數值高的特點,igbt模塊清除了現有功率MOSFET的一些主要弊端。盡管最新一代功率MOSFET元器件大幅度優化了RDS(on)特點,但在高電平時,功率導通耗損依然要比igbt模塊技術高過很多。

較低的壓降,轉變成1個低VCE(sat)的能力,和igbt模塊的構造,相同標準雙極元器件對比,可支撐更高電流密度,并簡單化igbt模塊驅動器的電路原理圖。

導通:

igbt模塊硅片的構造與功率MOSFET的構造非常相近,主要區別是igbt模塊添加了P+基片和1個N+緩沖層(NPT-非穿通-igbt模塊技術沒有添加沒有部分)。如等效電路圖所顯示(圖),當中1個MOSFET驅動2個雙極元器件。基片的運用在管體的P+和N+區間構建了1個J1結。當正柵偏壓使柵極下邊反演P基區時,1個N溝道生成,同時產生1個電子流,并全部遵循功率MOSFET的方法形成一股電流。倘若沒有電子流形成的電壓在0.7V區域內,那,J1將處在正方向偏壓,一些空穴注入N-區內,并調整陰陽極間的電阻率,這類方法減少了功率導通的總耗損,并開啟了第2個電荷流。最終的結論是,在半導體層次內臨時性產生兩種不一樣的電流拓撲:1個電子流(MOSFET電流);1個空穴電流(雙極)。

關斷:

當在柵極添加1個負偏壓或柵壓低于門限值時,溝道被禁止,沒有空穴注入N-區內。在任意情形下,倘若MOSFET電流在開關環節快速降低,集電極電流則漸漸減少,這是由于換向開始后,在N層內還存有少量的載流子(少子)。這類殘留電流值(尾流)的減少,全部決定于斷開時電荷的密度,而密度又與幾個因素相關,如夾雜質的數量和拓撲,層次厚度和溫度。少子的衰減使集電極電流具有特征尾流波型,集電極電流引發下列問題:功耗上升;交叉導通問題,尤其是在運用續流二極管的設施上,問題更為顯著。

由于尾流與少子的重組相關,尾流的電流值應與芯片的溫度、IC和VCE密切相關的空穴移動性有密切的關系。因此,按照所做到的溫度,減少這類作用在終端設備設計上的電流的不理想效應是可以的。

阻斷與閂鎖:

當集電極被添加1個反方向電壓時,J1便會遭受反方向偏壓控制,耗盡層則會向N-區擴展。因過多地減少沒有層面的厚度,將沒法獲得1個有效的阻斷能力,因此,沒有機制非常重要。另一方面,倘若過大地添加沒有區域尺寸,便會連續地提升壓降。第二點清楚地表明了NPT元器件的壓降比等效(IC和速度相同)PT元器件的壓降高的原因。

當柵極和發射極短接并在集電極端子添加1個正電壓時,P/NJ3結受反方向電壓控制,這時,依然是由N漂移區中的耗盡層承擔外部添加的電壓。

igbt模塊在集電極與發射極間中間寄生PNPN晶閘管(如下圖1所顯示)。在特定情景下,這類寄生元器件會導通。這種情況會使集電極與發射極間的電流量增多,對等效MOSFET的控制能力下降,通常都會導致元器件擊穿問題。晶閘管導通情形被稱作igbt模塊閂鎖,具體地說,這類缺陷的因素互不相同,與元器件的情況有密切關系。一般而言,靜態和動態閂鎖有下列主要差異:

當晶閘管全都導通時,靜態閂鎖發生,只在斷開時才會發生動態閂鎖。這個特定情形嚴重地限制了安全操作區。為避免寄生NPN和PNP晶體管的有害情形,有必要使用下列措施:避免NPN部分連通,各自更改布局和摻雜級別,下降NPN和PNP晶體管的總電流增益。另外,閂鎖電流對PNP和NPN元器件的電流增益有相應的影響,所以,它與結溫的關系也十分緊密;在結溫和增益提升的情形下,P基區的電阻率會上升,損壞了整體特性。所以,元器件廠家一定要留意將集電極最大電流值與閂鎖電流間維持相應的占比,通常占比為1:5。

以上就是傳承電子對igbt功率模塊基本原理的介紹,傳承電子是一家以電力電子為專業領域的功率半導體模塊制造商,為眾多的企業公司提供功率半導體模塊的定制、生產和加工,同時還給眾多公司提供來料代工或貼牌加工業務。主要產品為各種封裝形式的絕緣式和非絕緣式功率半導體模塊、各種標準和非標準的功率半導體模塊等。

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