IGBT(絕緣柵雙極晶體管)是一種半導(dǎo)體器件,具有高輸入阻抗、低導(dǎo)通壓降和高電流容量等特點。它結(jié)合了MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)和BJT(雙極型晶體管)的優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于電力電子轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動、可再生能源系統(tǒng)等領(lǐng)域。
IGBT模塊主要包含散熱基板、DBC基板和硅芯片(包括IGBT芯片和Diode芯片)3個元件,其余主要是焊層和互連線用于連接IGBT芯片、Diode芯片、電源端子、控制端子和DBC(Direct Bond Copper)。
IGBT 剖面圖
IGBT的工作過程可以分為三個階段:截止?fàn)顟B(tài)、放大狀態(tài)和飽和狀態(tài)。
截止?fàn)顟B(tài):當(dāng)IGBT的柵極電壓為負(fù)時,柵極下方的P型基區(qū)被耗盡,形成一個阻擋層,阻止了N型發(fā)射區(qū)和P+集電區(qū)之間的電流流動。此時,IGBT處于截止?fàn)顟B(tài),不導(dǎo)通電流。
放大狀態(tài):當(dāng)IGBT的柵極電壓逐漸上升至正值時,柵極下方的阻擋層逐漸變薄,允許更多的電子從N型發(fā)射區(qū)流入P+集電區(qū)。隨著柵極電壓的增加,電子數(shù)量增加,電流逐漸增大。此時,IGBT處于放大狀態(tài),導(dǎo)通電流。
飽和狀態(tài):當(dāng)IGBT的柵極電壓繼續(xù)上升至足夠高的正值時,柵極下方的阻擋層完全消失,N型發(fā)射區(qū)和P+集電區(qū)之間的電流達(dá)到最大值。此時,IGBT處于飽和狀態(tài),導(dǎo)通電流達(dá)到最大值。
IGBT的優(yōu)點是具有較高的輸入阻抗、較低的導(dǎo)通壓降和較高的電流容量。此外,它還具有較快的開關(guān)速度和較好的熱穩(wěn)定性。然而,IGBT的缺點是成本較高,且需要專門的驅(qū)動電路來控制其工作狀態(tài)。
總之,IGBT是一種功能強大的半導(dǎo)體器件,廣泛應(yīng)用于電力電子轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動、可再生能源系統(tǒng)等領(lǐng)域。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括P型基區(qū)、N型發(fā)射區(qū)、P+集電區(qū)和N+緩沖區(qū)等四個區(qū)域,通過多層的PN結(jié)和金屬電極相互連接。IGBT的工作過程可以分為截止?fàn)顟B(tài)、放大狀態(tài)和飽和狀態(tài)三個階段。
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