绝缘栅双极晶体管(igbt模块)

2022-04-01

igbt模块(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS构造双极元器件,属于具备功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。igbt模块的用范围通常都是在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多用在工业用电机、民用小容量电机、变换器(逆变器)、照像机的频闪观测器、感应加热(InductionHeating)电饭锅等行业。

按照封装的不同,igbt模块大体上分成2种类型,1种是模压树脂密封的三端单体封装型,从TO-3P到小型表层贴装都已形成系列。另一种是把igbt模块与FWD(FleeWheelDiode)成对地(2或6组)封装起来的模块型,主要用在工业上。模块的类型按照用途的不同,分成多种形状及封装方式,都已形成系列化。

igbt模块是强电流、高压用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。MOSFET由于实现1个较高的击穿电压BVDSS需要1个源漏通道,而这个通道却具备很高的电阻率,因而造成功率MOSFET具备RDS(on)数值高的特征,igbt模块消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。

尽管新一代功率MOSFET元器件大幅度改善了RDS(on)特性,但在高电平时,功率导通耗损依然要比igbt模块高出很多。igbt模块较低的压降,转换成1个低VCE(sat)的能力,以及igbt模块的构造,与同一个标准双极元器件相比,可支持更高电流密度,并简化igbt模块驱动器的原理图。

igbt模块的构造与工作原理

图1所示为1个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管构造,N+区称为源区,附于其上的电极称为源极。N+区称为漏区。元器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区(包括P+和P一区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannelregion)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Draininjector),它是igbt模块特有的功能区,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,以降低元器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。

igbt模块的开关作用是通过加正方向栅极电压生成沟道,给PNP晶体管供应基极电流,使igbt模块导通。反过来,加反方向门极电压消除沟道,流经反方向基极电流,使igbt模块断开。igbt模块的驱动方式和MOSFET基本一致,只需控制输入极N一沟道MOSFET,所以具备高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道生成后,从P+基极注入到N一层的空穴(少子),对N一层进行电导调制,减少N一层的电阻,使igbt模块在高电压时,也具备低的通态电压。

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