IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型�(chǎng)效應(yīng)�)組成的復(fù)合全控型電壓�(qū)�(dòng)式功率半�(dǎo)體器�, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低�(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)�(diǎn)。GTR飽和壓降低,載流密度�,但�(qū)�(dòng)電流較大;MOSFET�(qū)�(dòng)功率很小,開(kāi)�(guān)速度快,但導(dǎo)通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的�(yōu)�(diǎn),驅(qū)�(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓�600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電�(jī)�變頻�、開(kāi)�(guān)電源、照明電�、牽引傳�(dòng)等領(lǐng)�� �1所示為一�(gè)N 溝道增強(qiáng)型絕緣柵雙極晶體管結(jié)�(gòu)� N+ 區(qū)�(chēng)為源區(qū),附于其上的電極�(chēng)為源�。N+ 區(qū)�(chēng)為漏區(qū)。器件的控制區(qū)為柵區(qū),附于其上的電極�(chēng)為柵�。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。在�、源之間的P 型區(qū)(包括P+ 和P 一區(qū))(溝道在該區(qū)域形成),稱(chēng)為亞溝道區(qū)� Subchannel region �。而在漏區(qū)另一�(cè)的P+ 區(qū)�(chēng)為漏注入?yún)^(qū)� Drain injector ),它是IGBT 特有的功能區(qū),與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起形成PNP 雙極晶體管,起發(fā)射極的作�,向漏極注入空穴,�(jìn)行導(dǎo)電調(diào)�,以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極�(chēng)為漏�� IGBT 的開(kāi)�(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道,給PNP 晶體管提供基極電�,使IGBT �(dǎo)通。反�,加反向門(mén)極電壓消除溝�,切斷基極電�,使IGBT �(guān)斷。IGBT 的驅(qū)�(dòng)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�。當(dāng)MOSFET 的溝道形成后,從P+ 基極注入到N 一層的空穴(少子),對(duì)N 一層�(jìn)行電�(dǎo)�(diào)�,減小N 一層的電阻,使IGBT 在高電壓�(shí),也具有低的通態(tài)電壓�
IGBT模塊的電壓規(guī)格與所使用裝置的輸入電源即試電電源電壓緊密相關(guān)。其相互�(guān)系見(jiàn)下表。使用中�(dāng)IGBT模塊集電極電流增大時(shí),所�(chǎn)生的額定損耗亦變大。同�(shí),開(kāi)�(guān)損耗增大,使原件發(fā)熱加�,因此,選用IGBT模塊�(shí)額定電流�(yīng)大于�(fù)載電�。特別是用作高頻�(kāi)�(guān)�(shí),由于開(kāi)�(guān)損耗增�,發(fā)熱加劇,選用�(shí)�(yīng)該降等使��
IGBT模塊是先�(jìn)的第三代功率模塊,工作頻�1-20KHZ,主要應(yīng)用在變頻器的主回路逆變器及一切逆變電路,即DC/AC變換中。例電動(dòng)汽車(chē)、伺服控制器、UPS、開(kāi)�(guān)電源、斬波電�、無(wú)軌電�(chē)�。問(wèn)世迄今有十年多歷�,幾乎已替代一切其它功率器�,例SCR、GTO、GTR、MOSFET,雙極型�(dá)林頓管等,目今功率可高�(dá)1MW的低頻應(yīng)用中,單�(gè)元件電壓可達(dá)4.0KV(PT�(jié)�(gòu))� 6.5KV(NPT�(jié)�(gòu)�,電流可�(dá)1.5KA,是較為理想的功率模��
追其原因是第三代IGBT模塊,它是電壓型控制,輸入阻抗大,驅(qū)�(dòng)功率�,控制電路簡(jiǎn)單,�(kāi)�(guān)損耗小,通斷速度�,工作頻率高,元件容量大等優(yōu)�(diǎn)。實(shí)�(zhì)是�(gè)�(fù)合功率器件,它集雙極型功率晶體管和功率MOSFET的優(yōu)�(diǎn)于一體化。又因先�(jìn)的加工技�(shù)使它通態(tài)飽和電壓低,�(kāi)�(guān)頻率高(可達(dá)20KHZ�,這兩�(diǎn)非常顯著的特�,最近西門(mén)子公司又推出低飽和壓降(2.2V)的NPT—IGBT性能更佳,相繼東�、富士、IR、摩托羅拉亦已在�(kāi)�(fā)研制新品種�
IGBT模塊�(fā)展趨向是高耐壓、大電流、高速度、低壓降、高可靠、低成本為目�(biāo)的,特別是發(fā)展高壓變頻器的應(yīng)�,簡(jiǎn)化其主電�,減少使用器件,提高可靠�,降低制造成本,�(jiǎn)化調(diào)試工作等,都與IGBT有密切的�(nèi)在聯(lián)系,所以世界各大器件公司都在奮力研�、開(kāi)�(fā),予估近2-3年內(nèi),會(huì)有突破性的�(jìn)展。目今已有適用于高壓變頻器的有電壓型HV-IGBT,IGCT,電流型SGCT��
由于IGBT模塊為MOSFET�(jié)�(gòu),IGBT的柵極通過(guò)一層氧化膜與發(fā)射極�(shí)�(xiàn)電隔雀由于此氧化膜很�,其擊穿電壓一般達(dá)�20�30V。因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿是IGBT失效的常�(jiàn)原因之一。因此使用中要注意以下幾�(diǎn)�
在使用模塊時(shí),盡量不要用手觸摸驅(qū)�(dòng)端子部分,當(dāng)必須要觸摸模塊端子時(shí),要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地�(jìn)行放電后,再觸摸� 在用�(dǎo)電材料連接模塊�(qū)�(dòng)端子�(shí),在配線未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊; 盡量在底板良好接地的情況下操�� 在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)�(dòng)電壓�(méi)有超�(guò)柵極額定電壓,但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合,也�(huì)�(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為�,通常采用雙絞線來(lái)傳送驅(qū)�(dòng)信號(hào),以減少寄生電感。在柵極連線中串�(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓�
此外,在柵極—發(fā)射極間開(kāi)路時(shí),若在集電極與發(fā)射極間加上電壓,則隨著集電極電位的變�,由于集電極有漏電流流過(guò),柵極電位升�,集電極則有電流流過(guò)。這時(shí),如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓,則有可能使IGBT�(fā)熱及至損��
在使用IGBT的場(chǎng)�,當(dāng)柵極回路不正常或柵極回路損壞�(shí)(柵極處于�(kāi)路狀�(tài)),若在主回路上加上電壓,則IGBT就會(huì)損壞,為防止此類(lèi)故障,應(yīng)在柵極與�(fā)射極之間串接一�10KΩ左右的電阻�
在安裝或更換IGBT模塊�(shí),應(yīng)十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀�(tài)和擰緊程�。為了減少接觸熱阻,在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅�。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)�,當(dāng)散熱�(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT模塊�(fā)�,而發(fā)生故�。因此對(duì)散熱�(fēng)扇應(yīng)定期�(jìn)行檢�,一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)�,當(dāng)溫度�(guò)高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT模塊工作�
一般保存IGBT模塊的場(chǎng)所,應(yīng)保持常溫常濕狀�(tài),不�(yīng)偏離太大。常溫的�(guī)定為5�35� ,常濕的�(guī)定在45�75%左�。在冬天特別干燥的地區(qū),需用加濕機(jī)加濕; 盡量�(yuǎn)離有腐蝕性氣體或灰塵較多的場(chǎng)�� 在溫度發(fā)生急劇變化的場(chǎng)所IGBT模塊表面可能有結(jié)露水的現(xiàn)象,因此IGBT模塊�(yīng)放在溫度變化較小的地�� 保管�(shí),須注意不要在IGBT模塊上堆放重�� 裝IGBT模塊的容�,應(yīng)選用不帶靜電的容��
IGBT模塊由于具有多種�(yōu)良的特性,使它得到了快速的�(fā)展和普及,已�(yīng)用到電力電子的各方各靀因此熟悉IGBT模塊性能,了解選擇及使用�(shí)的注意事�(xiàng)�(duì)�(shí)際中的應(yīng)用是十分必要的�
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��
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