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IGBT是什麼?IGBT驅動有什麼特點?

作者:由 石家莊祁創電子 發表于 曲藝日期:2022-12-14

pnp電晶體導通有什麼條件

IGBT在電路中經常使用在大功率電源當中,其元件的構造與特徵能夠使其順利的在高功率電路中能夠提供高安全性與大功率的支援,本文將為大家介紹IGBT元件的構造與特徵,併為大家介紹IGBT與功率MOS的區別,感興趣的朋友快來看一看吧。

IGBT的構造和功率MOSFET的對比如圖1所示。IGBT是透過在功率MOSFET的漏極上追加p+層而構成的,從而具有以下種種特徵。

IGBT是什麼?IGBT驅動有什麼特點?

圖1功率MOSFET與IGBT的構造比較

(1)MOSFET的基本結構(2)IGBT的基本結構

IGBT為電壓控制型元件

IGBT的理想等效電路,正如圖2所示,是對pnp雙極型電晶體和功率MOSFET進行達林頓連線後形成的單片型Bi-MOS電晶體。

因此,在門極—發射極之間外加正電壓使功率MOSFET導通時,pnp電晶體的基極—集電極間就連線上了低電阻,從而使pnp電晶體處於導通狀態。

此後,使門極—發射極之間的電壓為0V時,首先功率MOSFET處於斷路狀態,pnp電晶體的基極電流被切斷,從而處於斷路狀態。如上所述,IGBT和功率MOSFET一樣,透過電壓訊號可以控制開通和關斷動作。

IGBT是什麼?IGBT驅動有什麼特點?

圖2理想的等效電路

耐高壓、大容量

IGBT和功率MOSFET同樣,雖然在門極上外加正電壓即可導通,但是由於透過在漏極上追加p+層,在導通狀態下從p+層向n基極注入空穴,從而引發傳導效能的轉變,因此它與功率MOSFET相比,可以得到極低的通態電阻。

下面對透過IGBT可以得到低通態電壓的原理進行簡單說明。

眾所周知,功率MOSFET是透過在門極上外加正電壓,使p基極層形成溝道,從而進入導通狀態的。此時,由於n發射極(源極)層和n基極層以溝道為媒介而導通,MOSFET的漏極—源極之間形成了單一的半導體(如圖1中的n型)。它的電特性也就成了單純的電阻。該電阻越低,通態電壓也就變得越低。但是,在MOSFET進行耐高壓化的同時,n基極層需要加厚,(n基極層的作用是在阻斷狀態下,維持漏極—源極之間所外加的電壓。因此,需要維持的電壓越高,該層就越厚。)元件的耐壓效能越高,漏極—源極之間的電阻也就增加。正因為如此,高耐壓的功率MOSFET的通態電阻變大,無法使大量的電流順利透過,因此實現大容量化非常困難。

針對這一點,IGBT中由於追加了p+層,所以從漏極方面來看,它與n基極層之間構成了pn二極體。因為這個二極體的作用,n基極得到電導率調製,從而使通態電阻減小到幾乎可以忽略的值。因此,IGBT與MOSFET相比,能更容易地實現大容量化。

正如圖2所表示的理想的等效電路那樣,IGBT是pnp雙極型電晶體和功率MOSFET進行達林頓連線後形成的單片級聯型Bi-MOS電晶體。此外,IGBT與雙極型電晶體的晶片和功率MOSFET的晶片共同組合成的混合級聯型Bi-MOS電晶體的區別就在於功率MOSFET部的通態電阻。在IGBT中功率MOSFET部的通態電阻變得其微小,再考慮到晶片間需要佈線這一點,IGBT比混合級聯型Bi-MOS電晶體優越。

IGBT的驅動電路有什麼特點?

驅動電路的作用是將微處理器輸出的脈衝進行功率放大,以驅動IGBT,保證IGBT的可靠工作。驅動電路有著至關重要的作用,IGBT驅動電路有以下基本特點:

(1)提供適當的正向和反向輸出電壓,使IGBT可靠的開通和關斷。

(2)提供足夠大的瞬時電流或瞬態功率,使IGBT能迅速建立柵控電場而導通。

(3)具有儘可能小的輸入輸出延遲時間,以提高工作效率。

(4)具有足夠高的輸入輸出電氣隔離效能,使訊號電路與柵極驅動電路絕緣。

(5)具有靈敏的過流保護能力。