当IGBT的G,E间电压低于其开启电压时IGBT关断.

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IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的英文缩写。可以翻译做绝缘栅双极晶体管。



IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。IGBT基本结构见图1中的纵剖面图及等效电路。


导通


IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。如等效电路图所示(图1)，其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。

当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)； 空穴电流(双极)。


关断


当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子(少子)。这种残余电流值(尾流)的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。

鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与VCE、 IC和 TC之间的关系如图2所示。


反向阻断


当集电极被施加一个反向电压时， J1 就会受到反向偏压控制，耗尽层则会向N-区扩展。因过多地降低这个层面的厚度，将无法取得一个有效的阻断能力，所以，这个机制十分重要。另一方面，如果过大地增加这个区域尺寸，就会连续地提高压降。
第二点清楚地说明了NPT器件的压降比等效(IC 和速度相同) PT 器件的压降高的原因。


正向阻断


当栅极和发射极短接并在集电极端子施加一个正电压时，P/N J3结受反向电压控制。此时，仍然是由N漂移区中的耗尽层承受外部施加的电压。


闩锁


IGBT在集电极与发射极之间有一个寄生PNPN晶闸管，如图1所示。在特殊条件下，这种寄生器件会导通。这种现象会使集电极与发射极之间的电流量增加，对等效MOSFET的控制能力降低，通常还会引起器件击穿问题。晶闸管导通现象被称为IGBT闩锁，具体地说，这种缺陷的原因互不相同，与器件的状态有密切关系。通常情况下，静态和动态闩锁有如下主要区别：

当晶闸管全部导通时，静态闩锁出现。
只在关断时才会出现动态闩锁。这一特殊现象严重地限制了安全操作区 。
为防止寄生NPN和PNP晶体管的有害现象，有必要采取以下措施：
防止NPN部分接通，分别改变布局和掺杂级别。
降低NPN和PNP晶体管的总电流增益。
此外，闩锁电流对PNP和NPN器件的电流增益有一定的影响，因此，它与结温的关系也非常密切；在结温和增益提高的情况下，P基区的电阻率会升高，破坏了整体特性。因此，器件制造商必须注意将集电极最大电流值与闩锁电流之间保持一定的比例，通常比例为1：5。


正向导通特性


在通态中，IGBT可以按照“第一近似”和功率MOSFET驱动的PNP晶体管建模。图3所示是理解器件在工作时的物理特性所需的结构元件(寄生元件不考虑在内)。

如图所示，IC是VCE的一个函数(静态特性)，假如阴极和阳极之间的压降不超过0.7V，即使栅信号让MOSFET沟道形成(如图所示)，集电极电流IC也无法流通。当沟道上的电压大于VGE -Vth 时，电流处于饱和状态，输出电阻无限大。由于IGBT结构中含有一个双极MOSFET和一个功率MOSFET，因此，它的温度特性取决于在属性上具有对比性的两个器件的净效率。功率MOSFET的温度系数是正的，而双极的温度系数则是负的。本图描述了VCE(sat) 作为一个集电极电流的函数在不同结温时的变化情况。当必须并联两个以上的设备时，这个问题变得十分重要，而且只能按照对应某一电流率的VCE(sat)选择一个并联设备来解决问题。有时候，用一个NPT进行简易并联的效果是很好的，但是与一个电平和速度相同的PT器件相比，使用NPT会造成压降增加。


动态特性


动态特性是指IGBT在开关期间的特性。鉴于IGBT的等效电路，要控制这个器件，必须驱动MOSFET 元件。

这就是说，IGBT的驱动系统实际上应与MOSFET的相同，而且复杂程度低于双极驱动系统。如前文所述，当通过栅极提供栅正偏压时，在MOSFET部分形成一个N沟道。如果这一电子流产生的电压处于0.7V范围内， P+ / N- 则处于正向偏压控制，少数载流子注入N区，形成一个空穴双极流。导通时间是驱动电路的输出阴抗和施加的栅极电压的一个函数。通过改变栅电阻Rg (图4)值来控制器件的速度是可行的，通过这种方式，输出寄生电容Cge和 Cgc可实现不同的电荷速率。

换句话说，通过改变 Rg值，可以改变与Rg (Cge+Cgc) 值相等的寄生净值的时间常量(如图4所示)，然后，改变dV/dti。数据表中常用的驱动电压是15V。一个电感负载的开关波形见图5，di/dt是Rg的一个函数，如图6所示，栅电阻对IGBT的导通速率的影响是很明显的。

因为Rg数值变化也会影响dv/dt斜率，因此，Rg值对功耗的影响很大 。
在关断时，再次出现了我们曾在具有功率MOSFET和 BJT 器件双重特性的等效模型中讨论过的特性。当发送到栅极的信号降低到密勒效应初始值时，VCE开始升高。如前文所述，根据驱动器的情况，VCE达到最大电平而且受到Cge和 Cgc的密勒效应影响后，电流不会立即归零，相反会出现一个典型的尾状，其长度取决于少数载流子的寿命。

在IGBT处于正偏压期间，这些电荷被注入到N区，这是IGBT与MOSFET开关对比最不利特性之主要原因。降低这种有害现象有多种方式。例如，可以降低导通期间从P+基片注入的空穴数量的百分比，同时，通过提高掺杂质水平和缓冲层厚度，来提高重组速度。由于VCE(sat) 增高和潜在的闩锁问题，这种排除空穴的做法会降低电流的处理能力。

安全运行区SOA

按电流和电压划分，一个IGBT的安全运行区可以分为三个主要区域，如下表所示：

这三个区域在图8中很容易识别 。

通常每一张数据表都提供了正向导通(正向偏置安全运行区FBSOA)、反向(反向偏置安全运行区RBSOA)和短路(短路安全运行SCSOA)时描述强度的曲线。

详细内容：

FBSOA

这部分安全运行区是指电子和空穴电流在导通瞬态时流过的区域。在IC处于饱和状态时，IGBT所能承受的最大电压是器件的物理极限，如图8所示。

RBSOA

这个区域表示栅偏压为零或负值但因空穴电流没有消失而IC依然存在时的关断瞬态。如前文所述，如果电流增加过多，寄生晶体管会引发闩锁现象。当闩锁发生时，栅极将无法控制这个器件。最新版的IGBT没有这种类型的特性，因为设计人员改进了IGBT的结构及工艺，寄生SCR的触发电流较正常工作承受的触发电流(典型Ilatch>5 IC 正常)高出很多。关于闭锁电流分别作为结温和栅电阻的一个函数的变化情况，见图9和10。

SCSOA

SCSOA是在电源电压条件下接通器件后所测得的驱动电路控制被测试器件的时间最大值。图11所示是三个具有等效特性但采用不同技术制造的器件的波形及关断时间 。


最大工作频率


开关频率是用户选择适合的IGBT时需考虑的一个重要的参数，所有的硅片制造商都为不同的开关频率专门制造了不同的产品。

特别是在电流流通并主要与VCE(sat)相关时，把导通损耗定义成功率损耗是可行的。

这三者之间的表达式：Pcond = VCE IC ，其中， 是负载系数。
开关损耗与IGBT的换向有关系；但是，主要与工作时的总能量消耗Ets相关，并与终端设备的频率的关系更加紧密。

Psw = Ets
总损耗是两部分损耗之和：
Ptot = Pcond + Psw
在这一点上，总功耗显然与Ets 和 VCE(sat)两个主要参数有内在的联系。

这些变量之间适度的平衡关系，与IGBT技术密切相关，并为客户最大限度降低终端设备的综合散热提供了选择的机会。

因此，为最大限度地降低功耗，根据终端设备的频率，以及与特殊应用有内在联系的电平特性，用户应选择不同的器件。

IGBT（绝缘栅双极晶体管）作为新型电力半导体场控自关断器件，集功率MOSFET的高速性能与双极性器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高，电压控制功耗低,控制电路简单,耐高压，承受电流大等特性，在各种电力变换中获得极广泛的应用。与此同时，各大半导体生产厂商不断开发IGBT的高耐压、大电流、高速、低饱和压降、高可靠、低成本技术，主要采用1ｕm以下制作工艺，研制开发取得一些新进展。

　　1、低功率IGBT

　　IGBT应用范围一般都在600V、1KA、1KHz以上区域，为满足家电行业的发展需求,摩托罗拉、ST半导体、三菱等公司推出低功率IGBT产品，实用于家电行业的微波炉、洗衣机、电磁灶、电子整流器、照相机等产品的应用。

　　2、U-IGBT

　　U（沟槽结构）--TGBT是在管芯上刻槽，芯片元胞内部形成沟槽式栅极。采用沟道结构后,可进一步缩小元胞尺寸，减少沟道电阻，提高电流密度,制造相同额定电流而芯片尺寸最少的产品。现有多家公司生产各种U—IGBT产品，适用低电压驱动、表面贴装的要求。

　　3、NPT-IGBT

　　NPT（非传统型）--IGBT采用薄硅片技术，以离子注入发射区代替高复杂、高成本的厚层高阻外延,可降低生产成本25%左右，耐压越高成本差越大，在性能上更具有特色，高速、低损耗、正温度系数,无锁定效应，在设计600—1200V的IGBT时，NPT—IGBT可靠性最高。西门子公司可提供600V、1200V、1700V系列产品和6500V高压IGBT，并推出低饱和压降DLC型NPT—IGBT，依克赛斯、哈里斯、英特西尔、东芝等公司也相继研制出NPT—IGBT及其模块系列，富士电机、摩托罗拉等在研制之中，NPT型正成为IGBT发展方向。

　　4、SDB--IGBT

　　鉴于目前厂家对IGBT的开发非常重视，三星、快捷等公司采用SDB（硅片直接键合）技术,在IC生产线上制作第四代高速IGBT及模块系列产品，特点为高速，低饱和压降，低拖尾电流，正温度系数易于并联，在600V和1200V电压范围性能优良，分为UF、RUF两大系统。

　　5、超快速IGBT

　　国际整流器IR公司的研发重点在于减少IGBT的拖尾效应，使其能快速关断，研制的超快速IGBT可最大限度地减少拖尾效应，关断时间不超过2000ns,采用特殊高能照射分层技术，关断时间可在100ns以下,拖尾更短,重点产品专为电机控制而设计，现有6种型号，另可用在大功率电源变换器中。

　　6、IGBT/FRD

　　IR公司在IGBT基础上推出两款结合FRD（快速恢复二极管）的新型器件，IGBT/FRD有效结合,将转换状态的损耗减少20%，采用TO—247外型封装，额定规格为1200V、25、50、75、100A，用于电机驱动和功率转换，以IGBT及FRD为基础的新技术便于器件并联，在多芯片模块中实现更平均的温度，提高整体可靠性。

　　7、IGBT功率模块

　　IGBT功率模块采用IC驱动，各种驱动保护电路，高性能IGBT芯片，新型封装技术，从复合功率模块PIM发展到智能功率模块IPM、电力电子积木PEBB、电力模块IPEM。PIM向高压大电流发展，其产品水平为1200—1800A/1800—3300V，IPM除用于变频调速外,600A/2000V的IPM已用于电力机车VVVF逆变器。平面低电感封装技术是大电流IGBT模块为有源器件的PEBB，用于舰艇上的导弹发射装置。IPEM采用共烧瓷片多芯片模块技术组装PEBB，大大降低电路接线电感，提高系统效率，现已开发成功第二代IPEM，其中所有的无源元件以埋层方式掩埋在衬底中。智能化、模块化成为IGBT发展热点。

百度知道我看过。

另外TUNGUSKA 你说的“当IGBT的G,E间电压低于其开启电压时IGBT关断.”

是不是通俗的讲，就是电容里的电快放没了。不足以构成IGBT的导通条件了，然后IGBT因为导通的条件没了，所以就自动关闭了？

如果是这样的话，那怎么知道IGBT关断的时候，子弹正好是在线圈中心的位置呢？

继续顶,还是不明白.

IGBT有三个电极，分别是CEG，CE接在电容和线圈之间，还有个控制极G，当G对E极之间电压为0V时，CE极间阻值无穷大，IGBT不导通，当在E极和G极间加一个大约10V-20V的电压时，CE导通，电容的电通过CE加到线圈上，实现发射，当EG之间电压重新回到0V，CE截断，电容的电停止给线圈提供，这个特性是可控硅不具备的。
如果制造一个电路，比如在发射枪管线圈的中间部位加一套光电感应电路，当电容充足电后，给IGBT的G极施加一个12V电压，IGBT导通，线圈加电，弹丸发射，弹丸运行到线圈中部阻挡光线，接收端检测到信号后，迅速把G极拉到0V或负电压。IGBT强制切断，无论电容内还有多少电压，线圈就失去磁性，不会反拉弹丸。
关键就是控制电路的设计，也可以采用延时方式，通过计算弹丸从发射到线圈中部所需要的时间，控制IGBT的导通时间来控制也可以，但需要多次实验以取得比较准确的时间长度。

LS的精辟，全明白了~~~十分感谢！ [s:251]  [s:251]  [s:251]  [s:251]  [s:251]  [s:251]

引用第4楼hackboymzw于2008-11-03 15:38发表的  :
百度知道我看过。

另外TUNGUSKA 你说的“当IGBT的G,E间电压低于其开启电压时IGBT关断.”

是不是通俗的讲，就是电容里的电快放没了。不足以构成IGBT的导通条件了，然后IGBT因为导通的条件没了，所以就自动关闭了？
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出去了几天,今晚才回来.
你说的是可控硅的运行模式,关于IGBT的6楼已经说了.