《现代电力电子技术》林渭勋_4.ppt

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1、现代电力电子技术主编：林渭勋1.4.1　IGBT的结构和工作原理1.分类图1-31是N沟道PT型IGBT单胞结构示意图，和图1-6a比较可见，IGBT比MOSFET多了一个P+层，从而多了一个大面积的P+N结J1，这样整个单胞成为四层结构并存在J1、J2和J3三个PN结。但由图可见，两者的上半部分基本上是相同的，因此和MOSFET一样，凡电子从发射极流出的称N沟道型，而空穴从发射极流出的则称为P沟道型(IGBT的外部电极端子名称沿用GTR，内部结构名称则沿用MOSFET)，目前多数IGBT为N沟道型。1.4

2、.1　IGBT的结构和工作原理图1-31　N沟道PT型IGBT单胞结构剖面示意图1—发射区　2—Si　3—栅区　4—沟道5—源区　6—沟道体区　7—漏区(漂移区)8—衬底(注入区)　9—缓冲区C—集电极　G—栅极　E—发射极1.4.1　IGBT的结构和工作原理2.工作原理：当IGBT端压u＜0时，由于J1结处于反偏，因而不管MOSFET的沟道体区中是否形成沟道，电流均不能在集电极至发射极间流过，也即，由于IGBT存在J1结而具有反向阻断能力，这种能力的高低则取决于J1结的雪崩击穿电压。3.等效电路图1-3

3、2　IGBT的等效电路及其图形符号a)静态等效电路　b)简化等效电路c)、d)N沟道型的两种图形符号　e)、f)P沟道型的图形符号1.4.2　特性和工艺IGBT的电流容量1)连续电流IC。IC是VG最大直流电流，对应于壳温T=25℃，若T＞25℃应减额使用，为简化计算，假定IC由直流功耗PC决定并可表为IC=Tjm-TcRonRT(1-76)式中，T、Ron和RT的定义与功率MOSFET相同，即IC的减额因子为KIC，由式(1-76)有KIC=Tjm-25Tjm-TcTc≥25℃(1-77)2)脉冲电流I。

4、在热极限范围内，IGBT可在幅值高于IC的脉冲电流下工作，原因和MOSFET相仿，在脉冲开关状态下，IGBT容许脉冲功耗将高于直流功耗，因为器件结—壳间瞬态热阻ZT低于RT，一般有ICm≥2IC。3)高频电流。在开关状态下，器件功能包括通导损耗PE和开关损耗P两部分1.4.2　特性和工艺图1-33　IGBT的电流频率特性①低速型　②高速型1.4.2　特性和工艺图1-34　IGBT的关系曲线1.4.2　特性和工艺表1-11　低速和高速型IGBT的参数比较表1-11　低速和高速型IGBT的参数比较1.4.2　特

5、性和工艺图1-35　PT型IGBT的高温特性2.高温特性1.4.3　开关过程分析1.IGBT开关电路表1-12　PowerMOSFET和PTIGBT极间电容比较表1-12　PowerMOSFET和PTIGBT极间电容比较1.4.3　开关过程分析图1-36　IGBT开关电路a)主电路结构　b)等效电容的关系曲线　c)电量波形2.VG开通过程1.4.3　开关过程分析3.VG关断过程表1-13　栅极串联电阻Rg推荐值表1-13　栅极串联电阻推荐值1.4.3　开关过程分析图1-37　电路环境对开通能耗和关断能耗的影

6、响4.电路环境对开关能耗的影响1.4.3　开关过程分析图1-38　负载短路状态下IGBT的载流能力a)测试电路　b)负载短路下的电量波形　c)负载短路下的动态轨迹　d)SCSOA1.4.4　缓冲电路在开关电路中加入缓冲电路是人们为改善器件开关环境所作的诸多尝试之一，由于卓有成效，自SCR电路演绎至今并已成为一种普遍采用的技术，缓冲电路也是实现软开关的基本方法之一，其详细内容将在第6章中介绍，这里仅结合IGBT的开关过程分析基本缓冲电路的工作原理。