绝缘栅双极型晶体管
绝缘栅双极型晶体管
一、 IGBT介绍
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
二、 IGBT的结构
左边所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+区称为源区，附于其上的电极称为源极（即发射极E）。P+区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极（即门极G）。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区（包括P+和P-区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极（即集电极C）。
IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N-沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N-层的空穴（少子），对N-层进行电导调制，减小N-层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
三、对于IGBT的测试
IGBT模块的测试分为两大类:一类是静态参数测试，即在IGBT模块结温为25C时进行测试，此时IGBT工作在非开关状态；另一类是动态参数测试，即在IGBT模块结温为1
时进行测试，此时IGBT工作在开关状态。
3.1、静态参数的测试
1. 栅极一发射极阀值电压的测试在规定条件下，测量栅极—发射极阀值电压Vge(th)，测试电路原理图如图1所示
电路说明和要求: Gl、G2:可调直流电压源; Vl、V2:直流电压表; A:直流电流表; DUT:被测量的IGBT(下同)。测量程序:调解电压源G2至规定的集电极—发射极电压(15V);调节电压源Gl，从零开始逐渐增加栅极一发射极间的电压。当电流表A显示出规定的集电极电流值时，电压表Vl的显示值即为被测器件的栅极一发射极阀值电压。
2. 集电极—发射极截止电流的测试在规定条件下，测量器件的栅极—发射极短路时集电极—发射极截止电流Ices，原理电路如图2所示
电路要求和说明: G:可调直流电压源; V:高阻抗直流电压表; A:直流电流表; R:限流电阻器。测量程序:调节电压源G，从零开始逐渐增加集电极—发射极间的电压到电压表V显示出规定的值(10V)，从电流表A读出集电极—发射极截止电流Ices。
3. 栅极—发射极漏电流的测试在规定条件下，测量器件在集电极—发射极短路条件下栅极—发射极漏电流Iges，原理图如图3所示。
图3
电路说明和要求: G:可调直流电压表; Vl，V2:直流电压表; R:测量电阻器。这时栅极一发射极漏电流为: Ices=V/R。测量程序:调节电压源G，使栅极一发射极电压Vl到规定值(20V)。从V2电压表读出V2，则栅极一发射极漏电流为V2/R。
4. 集电极一发射极饱和电压的测试
在规定条件下，测量器件在集电极一发射极饱和电压Vce（sat）如图所示
图4
电路说明和要求: G1:可调直流电压表; G2:可调直流电压表; V1,V2:直流电压表; A:直流电流表; R:集电极负载电阻器; 测量程序:调节电压源Gl，使器件栅极一发射极间的电压达到规定值(15V)。调节电流源G2，使器件集电极电流到规定值(12A)。这时电压表V2读数即为所测得集电极-发射极饱和电压。
5.集电极—发射极通态压降Vce（on）测试
即指在额定集电极电流Ic和额定G—E电压GEV下的集电极—发射极通态压降。该参数是IGBT应用中的重要参数，其大小直接决定通态损耗的大小。如图：
6．续流二极管的正向压降Vfm测试
即指IGBT模块中与IGBT芯片反并的续流二极管的正向压降。该值与IGBT模块的关断特性紧密相关，若Vfm小，则IGBT关断速度快，关断损耗会减小，但是关断时IGBT上的过冲电压尖峰较高；反之，则会造成关断损耗增大。原理图如下
3.2、动态参数测试
1．擎住电流LUT测试
IGBT结构为pnpn 4层结构，如果条件合适，它能像晶闸管一样擎住，此时IGBT的负载为阻性负载。通常情况下，集电极电压Vcc为额定电压的60%，擎住电流为额定电流的两倍。LUT测试的时序图如图6所示。通常测试系统的电流保护值Iprot设定为额定电流的3．5—4倍。
图6
2．能耗lossE测试
对于电路设计者来说，开关过程中元件内部的能量损耗非常重要，籍此可计算出开关损耗的平均值。进行此项测试时，IGBT 负载为感性负载。总的开关损耗值由两部分组成：①开通损耗onE，其中包括与IGBT芯片反并续流二极管的反向恢复损耗；②关断损耗offE，包括电流拖尾部分的损耗。IGBT开关损耗波形如图7所示。
图7
3. 反偏安全工作区(RBSOA)测试
该项测试主要用于考核IGBT模块关断时工作在最大电流和电压下的工作能力。此时，IGBT 的负载为感性负载，其测试原理图和参考波形如图8所示。
图8
4．短路测试
该项测试是在一定的Vcc下检测IGBT模块直接对电源短路的有限时间，借此考核IGBT承受电流过冲的能力。其测试原理图和参考波形如图9所示。
图9
四、总结
通过绝缘栅双极型晶体管的参数进行测试，让我更加了解IGBTIGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融合了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功
率应用中占据了主导地位。
若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极—发射极间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。
单极型晶体管参数测试
一、单极型晶体管介绍
单极型晶体管也称为场效应管。是电压控制型元件,输入阻抗高,热稳定性好,抗辐射能力较强,集成度较高。它是一种只有多子参与导电,少子不参与导电的晶体管,所以称为单极型晶体管。分为绝缘栅场效应管(MOS管)和结型场效应管(J-FET管).其中,MOS管还分为增强型和耗尽型两种。
二、参数及测试方法
1）、输出特性曲线与转移特性曲线
输出特性曲线（IDS－VDS）即漏极特性曲线，它与双极管的输出特性曲线相似，如图2-1所示。在曲线中，工作区可分为三部分：
I 是可调电阻区（或称非饱和区）；
Ⅱ是饱和区；
Ⅲ是击穿区。
转移特性曲线为IDS－VDS之间的关系曲线，它反映了场效应管栅极的控制能力。由于结型场效应晶体管都属于耗尽型，且栅源之间相当于一个二极管，所以当栅压正偏（VGS ＞0）并大于0.5V时，转移特性曲线开始弯曲，如图2-2中正向区域虚线所示。这是由于栅极正偏引起栅电流使输入电阻下降。这时如果外电路无保护措施，易将被测管烧毁，而MOS 场效应管因其栅极有SiO2绝缘层，所以即使栅极正偏也不引起栅电流，曲线仍向上升见图2-2所示。
2）、跨导(gm)
跨导是漏源电压一定时，栅压微分增量与由此而产生的漏电流微分增量之比，即
跨导表征栅电压对漏电流的控制能力，是衡量场效应管放大作用的重要参数，类似于双极管的电流放大系数，测量方法也很相似。
跨导常以栅压变化1V时漏电流变化多少微安或毫安表示。它的单位是西门子，用S表示，1S=1A/V。或用欧姆的倒数“姆欧”表示，记作“欧姆分之一”。
3）、夹断电压VP和开启电压VT
夹断电压VP是对耗尽型管而言，它表示在一定漏源电压VDS下，漏极电流减小到接近于零（或等于某一规定数值，如50μA）时的栅源电压。开启电压VT是对增强型管而言。它表示在一定漏源电压VDS下，开始有漏电流时对应的栅源电压值。MOS管的夹断电压和开启电压又统称阈值电压。
4）、最大饱和电流（IDSS）
当栅源电压VGS=0V、漏源电压VDS足够大时所对应的漏源饱和电流为最大饱和电流。它反映场效应管零栅压时原始沟道的导电能力。显然这一参数只对耗尽型管才有意义。对于增强型管，由于VGS = 0时尚未开启，当然就不会有饱和电流了。
5）、源漏击穿电压（BVDS）
当栅源电压VGS为一定值时，使漏电流IDS开始急剧增加的漏源电压值，用BVDS表示。注意，当VGS不同时，BVDS亦不同，通常把VGS=0V时对应的漏源击穿电压记为BVDS。
6）、栅源击穿电压（BVGS）
栅源击穿电压是栅源之间所能承受的最高电压。结型场效应管的栅源击穿电压，实际上是单个pn结的击穿电压，因而测试方法与双极管BVEBO的测试方法相同。
三、总结
通过本次的学习，让我对单极型器件有了更深入的理解，以下是单极型晶体管的作用和分类。
（1）作用：
1、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。
2、单极型晶体管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。
3、单极型晶体管可以用作可变电阻。
4、单极型晶体管可以方便地用作恒流源。
5、单极型晶体管可以用作电子开关。
（2）分类：
单行管晶体管分类，单极型晶体管根据材料的不同可分为结型场效应管JFET (Junction Field Effect Transistor)(J-FET管)和绝缘栅型场效应管IGFET(Insulated Gate FET)(MOS管) 。根据导电方式的不同其中，MOS管还分为增强型和耗尽型两种。所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。耗尽型则是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。
IGBT绝缘栅双极晶体管
IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的英文缩写 绝缘门双极性晶体管 绝缘栅双极晶体管缩写IGBT MOSFET是场效应管，因为只有一个极性的粒子导电，又称为单极性晶体管。 是功率管，有放大作用，IGBT的本质就是一个场效应管，不过是在场效应管的基础上 加上了P+层。是结合了场效应管＆双极性晶体管的特点。 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
绝缘栅双极晶体管
绝缘栅双极晶体管 晶体管的发展 1947年的圣诞前某一天，贝尔实验室中，布拉顿平稳地用刀片在三角形金箔上划了一道细痕，恰到好处地将顶角一分为二，分别接上导线，随即准确地压进锗晶体表面的选定部位。电流表的指示清晰地显示出，他们得到了一个有放大作用的新电子器件！布拉顿和巴丁兴奋地大喊大叫起来。布拉顿在笔记本上这样写道：“电压增益100，功率增益40…… 实验演示日期1947年12月23日下午。”作为见证者，肖克莱在这本笔记上郑重地签了名。 1948年，肖克莱发明了“结型晶体管”。1948年7月1日，美国《纽约时报》只用了8个句子的篇幅，简短地公开了贝尔实验室发明晶体管的消息。“一石激起千层浪”，它就像颗重磅炸弹，在全世界电子行业“引爆”出强烈的冲击波。电子计算机终于就要大步跨进第二代的门槛！ 1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管（Bipolar Junction Transistor），这是现在通行的标准的晶体管。 1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。 1954年10月18日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。 1954年，贝尔实验室使用800支晶体管组装成功人类有史以来第一台晶体管计算机 TRADIC 1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯（Robert N oyce）。最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管，即集成电路。 1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登·摩尔（Gordon Moore）预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍（10年后修正为每两年），摩尔定律在Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。 1968年7月：罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童（Fairchild）半导体公司辞职，创立了一个新的企业，即英特尔公司，英文名Intel为“集成电子设备（integrated electronics）”的缩写。 1969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。 1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1 /16英寸，包含仅2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。 1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部，武装了IBM新产品IBM PC的中枢大脑。16位8088处理器含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了财富（Forture） 500强企业排名，《财富（Forture）》杂志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一（Business Triumphs of the Seventies）”。
绝缘栅双极晶体管IGBT工作原理
绝缘栅双极晶体管IGBT工作原理 点击次数：1534 发布时间：2009-5-9 11:18:10 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。 一、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）。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）。 二、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。 三、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。
绝缘栅双极型晶体管
绝缘栅双极型晶体管 一、 IGBT介绍 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 二、 IGBT的结构 左边所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+区称为源区，附于其上的电极称为源极（即发射极E）。P+区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极（即门极G）。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区（包括P+和P-区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极（即集电极C）。 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N-沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N-层的空穴（少子），对N-层进行电导调制，减小N-层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。 三、对于IGBT的测试 IGBT模块的测试分为两大类:一类是静态参数测试，即在IGBT模块结温为25C时进行测试，此时IGBT工作在非开关状态；另一类是动态参数测试，即在IGBT模块结温为1
绝缘栅双极晶体管(IGBT)的基本特性与驱动
绝缘栅双极晶体管（IGBT）的基本特性与 驱动 张冬冬 （华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206）The Basic Characteristics and the Drive of Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Zhang Dong-dong (School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China) ABSTRACT: IGBT is short for Insulate Gate Bipolar Transistor. It greatly expands the semiconductor device applications field in power industry, as it has multiple advantages of MOSFET and GTR. For example, it improves the performance of the air conditioner remarkably when used in convert circuits in frequency conversion air conditioner.GTR saturated pressure drop, the carrier density, but the drive current is larger; MOSFET drive power is small, fast switching speed, but the conduction voltage drop large carrier density. IGBT combines the advantages of these two devices, drive power is small and saturated pressure drop. V ery suitable for DC voltage of 600V and above converter systems such as AC motor, inverter, switching power supply, electric lighting. KEY WORDS：IGBT, converter, switching power supply 摘要：IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极晶体管。它兼具MOSFET 和GTR的多项优点，极大的扩展了半导体器件的功率应用领域。例如将之应用于变频空调逆变电路当中，显著地改善了空调的性能。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。关键词：绝缘栅双极晶体管，逆变器，变频器，开关电源 1 IGBT器件的发展和研究现状 1.1 电力器件的发展历史 IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极晶体管，它是适应了功率半导体器件(也叫电力电子器件)的发展而产生的。 自1982年IGBT由GE公司和RCA公司首先宣布以来，引起了世界许多半导体厂家和研究者的再砚，围际上再大半导体公司都投入巨资发展IGBT，GE公司称之为IGT(Insulated Gate Transistor)；RCA公司称之为COMFET(Conductivity Modulated FET)；Motorola公司称之为GEMFET(Gain Enhancement FET)：IXY公司称之为MOS-IGT；东芝公司称之为IGBT、IGR(Insulated Gate Rectifier)、BIFET(Bipolar FET)，目前已统一称为IGBT。 经过二、三十年的发展，IGBT大略经历了以下几个阶段： 在IGBT发明之仞，首先大规模制造的主要是穿通型IGBT(PT-IGBT)，其饱和压降较高，开关叫间较长：其后是寻求IGBT图形设计的最佳化；接下来是抑制寄生器件的工作：然后是通过引入微细化工艺来改善IGBT的综合特性：90年代中至今，人们热
绝缘栅双极晶体管结构与工作原理解析
绝缘栅双极晶体管结构与工作原理解析 绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar TransistorIGBT）综合了电力晶体管（Giant TransistorGTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT 的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的 区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器（逆变器）、照相机的频闪观测器、感应加热（InducTIonHeaTIng）电饭锅等领域。根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型，从TO－3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD （FleeWheelDiode）成对地（2或6组）封装起来的模块型，主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。 ? ? 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。MOSFET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 高出很多。IGBT较低的压降，转换成一个低
绝缘栅双极晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究
课程名称：电力电子器件指导老师：陈辉明成绩： 实验名称：实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 实验二绝缘栅双极晶体管（IGBT)特性与驱动电路研究 一、实验目的和要求 1、熟悉IGBT 主要参数与开关特性的处理方法。 2、掌握混合集成驱动电路M57859L 的工作原理与调试方法。 3、研究IGBT 主要参数与开关特性。 二、实验内容和原理 实验原理： 见《电力电子器件实验指导书》（汤建新编著）34 页至38 页“IGBT 特性与驱动电路研究”中“二.实验线路及原理”。 混合集成驱动电路M57859L： M57859L 是高度集成的专为IGBT 设计的栅极驱动电路，芯片提供了驱动所需要的要求，包括短路 过流保护，过流定时恢复，栅极封锁保护，输入隔离等功能。
芯片的原理图如下： 三、主要仪器设备 1、DSX 01 电源控制屏 2、DDS 16“电力电子自关断器件特性与驱动电路”实验挂箱 3、DT 10“直流电压电流表实验挂箱” 4、数字示波器等 四、操作方法和实验步骤 1、IGBT 主要参数测试 2、M57959L 主要性能测试 3、IGBT 开关特性测试 4、过流保护性能测试 五、实验数据与分析 1、IGBT 主要参数测试 1.1 开启阀电压V gs(th)测试
调节栅极电压，测量集电极电流，记录输入，并特别观察电流为1m A 时的栅压，此时为开启电压。 记录数据如下： 当电流为一毫安时开通电压为6.18V 1.2 跨导g m 测量 根据1.1 测得是数据，计算得gm，绘制成曲线如下：
探究绝缘栅双极晶体管的原理及应用
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/6915564834.html, 探究绝缘栅双极晶体管的原理及应用 作者：秦慧娴 来源：《大经贸》2018年第07期 【摘要】絕缘栅双极晶体管（IGBT）是近十多年来为适应电力电子技术发展而出现的新型器件。是整机系统提高性能指标和节能指标的首选产品。它集高频率、高电压、大电流等优点于一身，是国际上公认的电力电子技术第三次革命的最具代表性的产品。本文着重介绍它的结构、工作机理、静态特性、动态特性以及主要参数，为使用该类器件奠定基础IGBT是上世纪80年代初研制成功，并在其性能上，经过几年的不断提高和改进，以成熟的应用于高频大功率领域。因此本文还介绍了IGBT国内外发展简况，将详细地说明了IGBT的重要特性及其应用基础技术，列出了在家用电器、电焊机、电动机等方面应用的一些基本电路。 【关键词】绝缘栅双极晶体管等效电路静态特性动态特性 一、 IGBT的结构和原理 绝缘栅双极晶体管是一种新型的电力半导体器件，它既具有功率场效应晶体、管高速、高输入阻抗的特性，又具有双极达林顿晶体管饱和电压低、电流大、反压高的特性[2]。这种器件在1982年由美国RCA与G E公司试制成功，后经美国IR 公司、欧洲 S G S公司和菲利浦公司、日本东芝、富士电机、日立公司等的改进，于80年代末实现了商品化，自此其应用技术日趋成熟，在电力电子技术中扮演了重要角色。 1.1 IGBT的结构和工作机理 它是在功率MOSFET的基础上发展起来的，他与功率MOSFET不同之处在与多了一个p+发射区，由该区引出IGBT的漏极（或称集电极），这样IGBT就比MOSFET多了一个PN 结。IGBT的栅极和源极的引出处与功率MOSFET相同。从IGBT的结构可相应得出它的等效电路，由于非对称型IGBT加入的N+区紧靠N-区都是N区，只是参杂浓度不同，所以两种不同类型的IGBT其等效电路是相同的。它们都由三个结，半导体类型的层次也相同。 IGBT既然是以MOSFET为驱动元件和双极晶体管为主导元件的复合器件，它的开通、关断就必然与MOSFET相同，是由栅极电压来控制的。栅极加正电压时，MOSFET内形成沟道并为双极晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通，此时从发射区注入到N-区的空穴对N-区进行电导调制，减少N-漂移区的电阻RMOD。使高耐压的IGBT也具有低导通电压特性。IGBT栅极上施加负电压时，MOSFET的沟道消失，PNP晶体管被切断，IGBT即处于关断状态。由此可见，IGBT的驱动原理与MOSFET管基本相同。由于等效双极晶体管是IGBT的主导元件，因此IGBT具有大电流传输能力。 二、 IGBT的特性
实验一 绝缘栅双极型晶体管
电气工程及其自动化实验室实验指导书系列 实验一绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究一．实验目的： 1.熟悉IGBT开关特性的测试方法； 2.掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。 二．实验内容 1.EXB840性能测试； 2.IGBT开关特性测试； 3.过流保护性能测试。 三．实验方法 1．EXB840性能测试 （1）输入输出延时时间测试 IGBT部分的“1”与PWM波形发生部分的“1”相连，IGBT部分的“13”与PWM波形发生部分的“2”相连，再将IGBT部分的“10”与“13”相连，与门输入“2”与“1”相连，用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。 t，t= = offon（2）保护输出部分光耦延时时间测试 将IGBT部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13”之间波形，记录延时时间。 （3）过流慢速关断时间测试 接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。（4）关断时的负栅压测试 断开“10”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。 （5）过流阀值电压测试 断开“10”与“13”的连接，断开“2”与“1”的连接，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，分别将主回路的“3”与“4”和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。 1 电气工程及其自动化实验室实验指导书系列
将主电路的RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。 2．开关特性测试 （1）电阻负载时开关特性测试 将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，‘2“与”3“，“12”与“14”，“10”与“18”，“17”与“16”相连，主回路的“1”与“4”分别和IGBT 部分的“18”与“15”相连。即按照以下表格的说明连线。 用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 （2）电阻，电感负载时开关特性测试 将主回路“1”与“18”的连线断开，再将主回路“2”与“18”相连，用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 （3）不同栅极电阻时开关特性测试 将“12”与“14”的连线断开，再将“11”与“14”相连，栅极电阻从R＝3kΩ5改为R=27Ω，其余接线与测试方法同上。43．并联缓冲电路作用测试 （1）将IGBT部分的“18”与“19”相连，IGBT部分的“17”与“20”相连。 （2）电阻负载，有与没有缓冲电路时观察“14”与“17”及“18”与“17”之间波形。 （3）电阻，电感负载，有与没有缓冲电路时，观察波形同上。 4．过流保护性能测试，栅计电阻用R4 在上述接线基础上，将“4”与“5”，“6”与“7”相连，观察“14”与“17”之间 2 电气工程及其自动化实验室实验指导书系列 波形，然后将“10”与“18”之间连线断开，并观察驱动波形是否消失，过流指示灯是否发亮，待故障消除后，揿复位按钮即可继续进行试验。