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原来IGBT是这么玩的!

高工
2023-02-23 09:50:25     打赏

一、多子与少子器件

传统的功率器件根据主要导电载流子一般分为多子和少子器件,少子器件主要包括二极管、BJT、晶闸管、GTO等。这些器件导通的时候电流至少经过一个PN节,并且电子和空穴同时导电,其都是进入对应的PN区的少数载流子,最终形成电流。

多子器件主要有MOSFET,肖特基二极管等,这些器件都是半导体中的多数载流子导电,且一般只有一种载流子导电。

两者区别如下:

1)多子器件主要靠多数载流子导电,而少子器件主要是靠电子和空穴同时导电。

2)多子器件相对少子器件开关速度要快,因为少子器件的PN节存在载流子的积累和清除过程,相当于不仅要对势垒电容充放电还需要跟扩散电容充放电。

3)少子器件其管压降是负温度系数,温度越高其漏电流也越大;而多子导通压降为正温度系数,温度升高使得N型(或者P型)半导体中的粒子运动频率加快,从而阻力加大,压降升高。所以,少子器件不利于并联,而多子器件更适合并联,原因如下:

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二、绝缘栅双极晶体管

绝缘栅双极晶体管就是我们常说的IGBT,可以说它是MOSFET的高压改进版本,MOSFET在低压情况下性能能表现得非常得优秀,但高压下导通压降太高,损耗也就会太大。

为什么压降太大?

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上面标注的PN节压降区由于需要承受较大的电压,所以其右侧的N区需要做得较大,且掺杂浓度也更高,压降就越大。因此,高压MOSFET通过的电流一般都不能太大。

为了解决MOSFET高压情况下电流不能太大的问题,于是就有了IGBT。

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IGBT仅仅只是在MOSFET的右侧增加了一个P区,刚好右侧PN形成了一个正向PN节,所以一旦出现沟道其可以直接导通。

新增的PN节怎么就降低MOSFET压降了呢?

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根据电导调制效应,右侧PN节正偏会导致P中大量空穴向N中移动,使得右侧N中的空穴浓度大大提高,导通压降也会降低,电阻降低,这样就获得耐压高,压降低的性能特点。

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导通和关闭过程都是由等效MOSFET部分来控制,而等效PNP三极管只是通过电导调制效应来降低电阻率。

但是,这样的结构在关断的过程中,还是存在PN节的释放扩散区载流子的过程,所以会带来电流的拖尾现象。当然,损耗相对MOSFET也会升高。

说到底,IGBT是一种MOSFET与BJT的复合器件,都通过牺牲一部分各自的优势来进行互补,从而得到了一种更性能综合的器件。

三、小结

最后,MOSFET一般工作频率在50KHz以上,而IGBT一般只能在20KHz以下,所以IGBT的PN节限制了其速度,同时也降低了压降,能够在高压下通过更大的电流。

IGBT也是压控器件,不过1KW以下一般还是选MOSFET,2MW以下首选IGBT,更高的话就选择IGCT和IECT等。






关键词: IGBT     器件    

高工
2023-02-23 10:04:04     打赏
2楼

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高工
2023-02-23 10:04:15     打赏
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高工
2023-02-23 10:04:20     打赏
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专家
2023-02-23 10:04:56     打赏
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专家
2023-02-23 10:59:47     打赏
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高工
2023-02-23 11:05:01     打赏
7楼

谢谢分享


专家
2023-02-23 13:39:52     打赏
8楼

写的好,学习和参考


菜鸟
2023-02-23 15:24:40     打赏
9楼

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院士
2023-02-25 16:10:45     打赏
10楼

谢谢分享的新型器件资料。


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