IGBT電鍍模塊工作原理
發(fā)布時(shí)間：2022/03/22 14:57:24
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（1）方法
IGBT是將強電流、高壓應用和快速終端設備用垂直功率MOSFET的自然進(jìn)化。由于實(shí)現一個(gè)較高的擊穿電壓BVDSS需要一個(gè)源漏通道，而這個(gè)通道卻具有高的電阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS（on）數值高的特征，IGBT消除了現有功率MOSFET的這些主要缺點(diǎn)。雖然功率MOSFET器件大幅度改進(jìn)了RDS（on）特性，但是在高電平時(shí)，功率導通損耗仍然要比IGBT技術(shù)高出很多。較低的壓降，轉換成一個(gè)低VCE（sat）的能力，以及IGBT的結構，同一個(gè)標準雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡(jiǎn)化IGBT驅動(dòng)器的原理圖。
（2）導通
IGBT硅片的結構與功率MOSFET的結構相似，主要差異是IGBT增加了P+基片和一個(gè)N+緩沖層（NPT-非穿通-IGBT技術(shù)沒(méi)有增加這個(gè)部分）。其中一個(gè)MOSFET驅動(dòng)兩個(gè)雙極器件。基片的應用在管體的P+和N+區之間創(chuàng )建了一個(gè)J1結。當正柵偏壓使柵極下面反演P基區時(shí)，一個(gè)N溝道形成，同時(shí)出現一個(gè)電子流，并完全按照功率MOSFET的方式產(chǎn)生一股電流。如果這個(gè)電子流產(chǎn)生的電壓在0.7V范圍內，那么，J1將處于正向偏壓，一些空穴注入N-區內，并調整陰陽(yáng)極之間的電阻率，這種方式降低了功率導通的總損耗，并啟動(dòng)了第二個(gè)電荷流。最后的結果是，在半導體層次內臨時(shí)出現兩種不同的電流拓撲：一個(gè)電子流（MOSFET電流）；一個(gè)空穴電流（雙極）。
（3）關(guān)斷
當在柵極施加一個(gè)負偏壓或柵壓低于門(mén)限值時(shí)，溝道被禁止，沒(méi)有空穴注入N-區內。在任何情況下，如果MOSFET電流在開(kāi)關(guān)階段迅速下降，集電極電流則逐漸降低，這是因為換向開(kāi)始后，在N層內還存在少數的載流子（少子）。這種殘余電流值（尾流）的降低，完全取決于關(guān)斷時(shí)電荷的密度，而密度又與幾種因素有關(guān)，如摻雜質(zhì)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形，集電極電流引起以下問(wèn)題：功耗升高；交叉導通問(wèn)題，特別是在使用續流二極管的設備上，問(wèn)題更加明顯。鑒于尾流與少子的重組有關(guān)，尾流的電流值應與芯片的溫度、IC和VCE密切相關(guān)的空穴移動(dòng)性有密切的關(guān)系。因此，根據所達到的溫度，降低這種作用在終端設備設計上的電流的不理想效應是可行的。
（4）阻斷與閂鎖
當集電極被施加一個(gè)反向電壓時(shí)，J1就會(huì )受到反向偏壓控制，耗盡層則會(huì )向N-區擴展。因過(guò)多地降低這個(gè)層面的厚度，將無(wú)法取得一個(gè)有效的阻斷能力，所以，這個(gè)機制十分重要。另一方面，如果過(guò)大地增加這個(gè)區域尺寸，就會(huì )連續地提高壓降。第二點(diǎn)清楚地說(shuō)明了NPT器件的壓降比等效（IC和速度相同）PT器件的壓降高的原因。
當柵極和發(fā)射極短接并在集電極端子施加一個(gè)正電壓時(shí)，P/NJ3結受反向電壓控制，此時(shí)，仍然是由N漂移區中的耗盡層承受外部施加的電壓。
IGBT在集電極與發(fā)射極之間有一個(gè)寄生PNPN晶閘管。在特殊條件下，這種寄生器件會(huì )導通。這種現象會(huì )使集電極與發(fā)射極之間的電流量增加，對等效MOSFET的控制能力降低，通常還會(huì )引起器件擊穿問(wèn)題。晶閘管導通現象被稱(chēng)為IGBT閂鎖，具體地說(shuō)，這種缺陷的原因互不相同，與器件的狀態(tài)有密切關(guān)系。通常情況下，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)閂鎖有如下主要區別：
當晶閘管全部導通時(shí)，靜態(tài)閂鎖出現，只在關(guān)斷時(shí)才會(huì )出現動(dòng)態(tài)閂鎖。這一特殊現象嚴重地限制了安全操作區。為防止寄生NPN和PNP晶體管的有害現象，有必要采取以下措施：防止NPN部分接通，分別改變布局和摻雜級別，降低NPN和PNP晶體管的總電流增益。此外，閂鎖電流對PNP和NPN器件的電流增益有一定的影響，因此，它與結溫的關(guān)系也非常密切；在結溫和增益提高的情況下，P基區的電阻率會(huì )升高，破壞了整體特性。因此，器件制造商必須注意將集電極最大電流值與閂鎖電流之間保持一定的比例，通常比例為1：5。
