圖1所示為一個N溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結構,N+區稱為源區,附于其上的電極稱為源極。N+區稱為漏區。器件的控制區為柵區,附于其上的電極稱為柵極。溝道在緊靠柵區邊界形成。在漏、源之間的P型區(包括P+和P一區)(溝道在該區域形成),稱為亞溝道區(Subchannelregion)。而在漏區另一側的P+區稱為漏注入區(Draininjector),它是IGBT特有的功能區,與漏區和亞溝道區一起形成PNP雙極晶體管,起發射極的作用,向漏極注入空穴,進行導電調制,以降低器件的通態電壓。附于漏注入區上的電極稱為漏極。IGBT的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道,給PNP晶體管提供基極電流,使IGBT導通。反之,加反向門極電壓消除溝道,切斷基極電流,使IGBT關斷。IGBT的驅動方法和MOSFET基本相同,只需控制輸入極N一溝道MOSFET,所以具有高輸入阻抗特性。當MOSFET的溝道形成后,從P+基極注入到N一層的空穴(少子),對N一層進行電導調制,減小N一層的電阻,使IGBT在高電壓時,也具有低的通態電壓。IGBT和可控硅區別IGBT與晶閘管1.整流元件(晶閘管)簡單地說:整流器是把單相或三相正弦交流電流通過整流元件變成平穩的可調的單方向的直流電流。其實現條件主要是依靠整流管。IGBT是能源變換與傳輸的中心器件,俗稱電力電子裝置的“CPU”,作為國家戰略性新興產業。廣東好的西門康IGBT模塊報價
但在中MOSFET及IGBT主流器件市場上,90%主要依賴進口,基本被國外歐美、日本企業壟斷。國外企業如英飛凌、ABB、三菱等廠商研發的IGBT器件產品規格涵蓋電壓600V-6500V,電流2A-3600A,已形成完善的IGBT產品系列。英飛凌、三菱、ABB在1700V以上電壓等級的工業IGBT領域占優勢;在3300V以上電壓等級的高壓IGBT技術領域幾乎處于壟斷地位。在大功率溝槽技術方面,英飛凌與三菱公司處于國際水平。西門康、仙童等在1700V及以下電壓等級的消費IGBT領域處于優勢地位。盡管我國擁有大的功率半導體市場,但是目前國內功率半導體產品的研發與國際大公司相比還存在很大差距,特別是IGBT等器件差距更加明顯。技術均掌握在發達國家企業手中,IGBT技術集成度高的特點又導致了較高的市場集中度。跟國內廠商相比,英飛凌、三菱和富士電機等國際廠商占有的市場優勢。形成這種局面的原因主要是:1、國際廠商起步早,研發投入大,形成了較高的壁壘。2、國外制造業水平比國內要高很多,一定程度上支撐了國際廠商的技術優勢。中國功率半導體產業的發展必須改變目前技術處于劣勢的局面,特別是要在產業鏈上游層面取得突破,改變目前功率器件領域封裝強于芯片的現狀。總的來說。遼寧好的西門康IGBT模塊代理商IGBT在關斷時不需要負柵壓來減少關斷時間,但關斷時間隨柵極和發射極并聯電阻的增加而增加。
而是為了保護IGBT脆弱的反向耐壓而特別設置的,又稱為FWD(續流二極管)。二者內部結構不同MOSFET的三個極分別是源極(S)、漏極(D)和柵極(G)。IGBT的三個極分別是集電極(C)、發射極(E)和柵極(G)。IGBT是通過在MOSFET的漏極上追加層而構成的。它們的內部結構如下圖:二者的應用領域不同MOSFET和IGBT內部結構不同,決定了其應用領域的不同。由于MOSFET的結構,通常它可以做到電流很大,可以到上KA,但是前提耐壓能力沒有IGBT強。其主要應用領域為于開關電源,鎮流器,高頻感應加熱,高頻逆變焊機,通信電源等高頻電源領域。IGBT可以做很大功率,電流和電壓都可以,就是一點頻率不是太高,目前IGBT硬開關速度可以到100KHZ,IGBT集中應用于焊機,逆變器,變頻器,電鍍電解電源,超音頻感應加熱等領域。MOSFET與IGBT的主要特點MOSFET具有輸入阻抗高、開關速度快、熱穩定性好、電壓控制電流等特性,在電路中,可以用作放大器、電子開關等用途。IGBT作為新型電子半導體器件,具有輸入阻抗高,電壓控制功耗低,控制電路簡單,耐高壓,承受電流大等特性,在各種電子電路中獲得極的應用。IGBT的理想等效電路如下圖所示,IGBT實際就是MOSFET和晶體管三極管的組合。
具有門極輸入阻抗高、驅動功率小、電流關斷能力強、開關速度快、開關損耗小等優點。隨著下游應用發展越來越快,MOSFET的電流能力顯然已經不能滿足市場需求。為了在保留MOSFET優點的前提下降低器件的導通電阻,人們曾經嘗試通過提高MOSFET襯底的摻雜濃度以降低導通電阻,但襯底摻雜的提高會降低器件的耐壓。這顯然不是理想的改進辦法。但是如果在MOSFET結構的基礎上引入一個雙極型BJT結構,就不僅能夠保留MOSFET原有優點,還可以通過BJT結構的少數載流子注入效應對n漂移區的電導率進行調制,從而有效降低n漂移區的電阻率,提高器件的電流能力。經過后續不斷的改進,目前IGBT已經能夠覆蓋從600V—6500V的電壓范圍,應用涵蓋從工業電源、變頻器、新能源汽車、新能源發電到軌道交通、國家電網等一系列領域。IGBT憑借其高輸入阻抗、驅動電路簡單、開關損耗小等優點在龐大的功率器件世界中贏得了自己的一片領域。總體來說,BJT、MOSFET、IGBT三者的關系就像下面這匹馬當然更準確來說,這三者雖然在之前的基礎上進行了改進,但并非是完全替代的關系,三者在功率器件市場都各有所長,應用領域也不完全重合。因此,在時間上可以將其看做祖孫三代的關系。這些IGBT是汽車級別的,屬于特種模塊,價格偏貴。
絕緣柵雙極晶體管IGBT是MOSFET和GTR相結合的產物。其主體部分與晶體管相同,也有集電極和發射極,但驅動部分卻和場效應晶體管相同,是絕緣柵結構。IGBT的工作特點是,控制部分與場效應晶體管相同,控制信號為電壓信號UGE,輸人阻抗很高,柵極電流IG≈0,故驅動功率很小。而其主電路部分則與GTR相同,工作電流為集電極電流,工作頻率可達20kHz。由IGBT作為逆變器件的變頻器載波頻率一般都在10kHz以上,故電動機的電流波形比較平滑,基本無電磁噪聲。雖然硅雙極型及場控型功率器件的研究已趨成熟,但是它們的性能仍待提高和改善,而1996年出現的集成門極換流晶閘管(IGCT)有迅速取代GTO的趨勢。集成門極換流晶閘管(IGCT)是將門極驅動電路與門極換流晶閘管GCT集成于一個整體形成的器件。門極換流晶閘管GCT是基于GTO結構的一個新型電力半導體器件,它不僅與GTO有相同的高阻斷能力和低通態壓降,而且有與IGBT相同的開關性能,兼有GTO和IGBT之所長,是一種較理想的兆瓦級、中壓開關器件。IGCT芯片在不串不并的情況下,二電平逆變器容量~3MVA,三電平逆變器1~6MVA;若反向二極管分離,不與IGCT集成在一起,二電平逆變器容量可擴至,三電平擴至9MVA。目前IGCT已經商品化。在IGBT 導通后的大部分漏極電流范圍內, Id 與Ugs呈線性關系。遼寧好的西門康IGBT模塊代理商
IGBT模塊具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點。廣東好的西門康IGBT模塊報價
晶閘管的正向漏電流比一般硅二極管反向漏電流大,且隨著管子正向陽極電壓升高而增大。當陽極電壓升到足夠大時,會使晶閘管導通,稱為正向轉折或“硬開通”。多次硬開通會損壞管子。2.晶閘管加上正向陽極電壓后,還必須加上觸發電壓,并產生足夠的觸發電流,才能使晶閘管從阻斷轉為導通。觸發電流不夠時,管子不會導通,但此時正向漏電流隨著增大而增大。晶閘管只能穩定工作在關斷和導通兩個狀態,沒有中間狀態,具有雙穩開關特性。是一種理想的無觸點功率開關元件。3.晶閘管一旦觸發導通,門極完全失去控制作用。要關斷晶閘管,必須使陽極電流《維持電流,對于電阻負載,只要使管子陽極電壓降為零即可。為了保證晶閘管可靠迅速關斷,通常在管子陽極電壓互降為零后,加上一定時間的反向電壓。晶閘管主要特性參數1.正反向重復峰值電壓——額定電壓(VDRM、VRRM取其小者)2.額定通態平均電流IT(AV)——額定電流(正弦半波平均值)3.門極觸發電流IGT,門極觸發電壓UGT,(受溫度變化)4.通態平均電壓UT(AV)即管壓降5.維持電流IH與掣住電流IL6.開通與關斷時間晶閘管合格證基本參數IT(AV)=A。廣東好的西門康IGBT模塊報價
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