电力电子半导体器件(IGBT).pptx
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电力电子半导体器件(GTR)分析PPT57页
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
，
审
容
膝
之
易
安
。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
电力电子半导体器件(GTR)分析
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
第二章 - 5_IGBT(电力电子技术)
主要解决挚 住效应
改善饱和压降和开 关特性：N+缓冲 层、P+层浓度、 厚度最佳化、新 寿命控制，饱和 压降、下降时间 微细化工艺 均降低了30%以 上。
有选择的寿命控制，饱 和压降和关断时间 下降到1.5V/0.1ms。
沟槽技术
19
2.5 其他新型电力电子器件
2.5.1 MOS控制晶闸管MCT 2.5.2 静电感应晶体管SIT 2.5.3 静电感应晶闸管SITH 2.5.4 集成门极换流晶闸管IGCT 2.5.5 基于宽禁带半导体材料的电力 电子器件
11
2.4.4 绝缘栅双极晶体管
■IGBT的主要参数 ◆前面提到的各参数。 ◆最大集射极间电压UCES ☞由器件内部的PNP晶体管所能承受的击穿 电压所确定的。 ◆最大集电极电流 ☞包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP。 ◆最大集电极功耗PCM ☞在正常工作温度下允许的最大耗散功率。
12
正向电流密度（A/sp.cm)
1000
IGBT
100 10 1 0.1 0 1 2
300V 600V 1200V 300V 600V 1200V
MOSFET
正向压降（V） 16
3
温度特性
功率MOSFET 导通时温升沟道电阻速增，200度时可达室温时的3倍。考 虑温升必须降电流定额使用。 IGBT 可在近200度下连续运行。导通时，MOS段的N通 道电阻具有正温度系数，Q2的射基结具有负温度系数，总 通态压降受温度影响非常小。
13
IGBT_5SNS 0300U120100
主要参数： • VCES 1200V • IC(DC) 300A • Tc(OP) -40~125oC • VCESAT IC300A ,VGE15V: 1.9V 25oC,2.1V125oC
IGBT分类PPT课件
第4页/共22页
1、用在逆变回路中主要用于续流，同时由 于负载存在感性，IGBT关断瞬间会在IGBT 两端产生极高的自感反相电压，此电压可能 击穿IGBT。并联的二极管将这个“自感反相 电压”短路掉了，起到保护IGBT的作用。
2、用在整流回路中（例如西门子的SLM模块），二极管主要用于整流， 将交流电整流为直流电（进线电压的1.35倍）。而此回路中的IGBT主要 用于回馈。
IGBT 裸片：
IGBT分立元件 IGBT模块
智能模块 IPM
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半导体制造从一个极薄的半导体材料圆盘开始，这个圆盘 称作“晶圆”。处理工艺定义为晶体管及其它架构，通过导线相 互连接构成所要求的电路。 随后，晶圆被制成“裸片”，裸片经 过封装后制成ic。 裸片即是晶圆经过切割测试后没有经过封装 的芯片。
第2页/共22页
1.不带反向并联二极管 2 带反向并联二极管
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带反向并联二极管：逆导型IGBT
reverse conduction IGBT
逆导型IGBT等效于一个IGBT与一个 PIN二极管反并联，只不过在同一芯片上 实现了。
当IGBT在承受反压时，这个PIN二极 管导通，称其为逆导型IGBT。在关断期 间，逆导型IGBT为漂移区过剩载流子提 供了一条有效的抽走通道，大大缩短了 逆导型IGBT的关断时间。
• IGBT模块可用于变频器，开关， 开关电源，UPS，双PFC和DC伺 服驱动。
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• 所有的逆变单元都是紧凑的扁平化设计，且高度都统一为17mm，它采 用了弹簧技术，控制单元全是无焊接接触，且每一基本单元都类似，可 快速生产。
• IGBT模块可以用在AC/DC电机控制的输入整流桥中，且适用于开关电 源，电流变频，UPS，电焊机装置中。经过可靠的测试证明有极高的性 价比。
1、用在逆变回路中主要用于续流，同时由 于负载存在感性，IGBT关断瞬间会在IGBT 两端产生极高的自感反相电压，此电压可能 击穿IGBT。并联的二极管将这个“自感反相 电压”短路掉了，起到保护IGBT的作用。
2、用在整流回路中（例如西门子的SLM模块），二极管主要用于整流， 将交流电整流为直流电（进线电压的1.35倍）。而此回路中的IGBT主要 用于回馈。
IGBT 裸片：
IGBT分立元件 IGBT模块
智能模块 IPM
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半导体制造从一个极薄的半导体材料圆盘开始，这个圆盘 称作“晶圆”。处理工艺定义为晶体管及其它架构，通过导线相 互连接构成所要求的电路。 随后，晶圆被制成“裸片”，裸片经 过封装后制成ic。 裸片即是晶圆经过切割测试后没有经过封装 的芯片。
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1.不带反向并联二极管 2 带反向并联二极管
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带反向并联二极管：逆导型IGBT
reverse conduction IGBT
逆导型IGBT等效于一个IGBT与一个 PIN二极管反并联，只不过在同一芯片上 实现了。
当IGBT在承受反压时，这个PIN二极 管导通，称其为逆导型IGBT。在关断期 间，逆导型IGBT为漂移区过剩载流子提 供了一条有效的抽走通道，大大缩短了 逆导型IGBT的关断时间。
• IGBT模块可用于变频器，开关， 开关电源，UPS，双PFC和DC伺 服驱动。
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• 所有的逆变单元都是紧凑的扁平化设计，且高度都统一为17mm，它采 用了弹簧技术，控制单元全是无焊接接触，且每一基本单元都类似，可 快速生产。
• IGBT模块可以用在AC/DC电机控制的输入整流桥中，且适用于开关电 源，电流变频，UPS，电焊机装置中。经过可靠的测试证明有极高的性 价比。
电力电子技术-2.5_IGBT
6500V 600A
IC600A ,VGE15V:
4.2V 25 C, 5.5V125 C
o o
• tdon IC600A Vcc3000V 640ns / 570ns • tfon 270ns tdoff 1540ns / 1860ns • tfon 620ns / 960ns 耐压增加，管开通损耗显著增加；开关 时间也明显增加
IGBT的工作原理
驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断 由栅射极电压uGE决定。 导通：uGE 大于开启电压UGE(th) 时，MOSFET内形 成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。 通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压 降减小。 关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET 内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT
发射极栅极 G E N+ N+ N+ N+ P P J3 J N 2 N+ J1 P+ C 集电极 a) C IC
漂移区 缓冲区 G 注入区
+ ID RN VJ1 - + + IDRon -
E b)
1-4
•寄生有基射短路的N-PN+晶体管 IGBT的结构 Q1。通常Q1始终截止。Q1导通将 产生挚住效应导致关断困难。过 IGBT＝MOSFET＋P＋N－P 高的dU晶体管Q2组合形成。 ce/dt可使Q1导通。现代产 G 品已可有效防止其导通。 E IGBT结构示意图
IGBT的转移特性和输出特性
a) 转移特性 b) 输出特性
• 当UCE<0时，IGBT处于方向阻断工作状态，在系统运行 中，IGBT处于开关状态，因而在正向阻断区和饱和区之 间来回转换。
IGBT基本原理ppt课件
在电力电子电路中,IGBT经常会直接承受较高的负载电压,所以选择IGBT首先就要考虑IGBT的电压等级也就是IGBT正
向阻断电压的能力。
目前市场上IGBT的电压等级主要分为600V、1200V、1700V、3300V、4500V、6500V等,不同的电压等级表
示IGBT可以阻断多少正向电压,超过相应的电压等级器件的漏电流会开始大量增加,短时间内器件也许不会损坏,但长
产品。
;.
20
四 IGBT 小结
定义： COMSFET与BJT复合的全控型 A 电压驱动大功率开关器件；
结构、原理：
PNPN四层结构； 用MOSFET控制BJT；
C
;.
背景： 80年代发展至今，IGBT拥有输入 B 阻抗大、驱动功率小、 开关损耗低以及工作频率高等优 点
电气特性： D 静态特性与开关特性
绝缘栅型场效应管（IGFET）：栅极-源极，栅极-漏极之间采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名。又因栅极为金属 铝，所以又称为金属氧化物半导体场效应管，也就是MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）
;.
5
1.IGBT 简化等效电路
IGBT
目前, IGBT器件已从第1代发展到了第4代，它的工作频率可达到 200KH z。它的功率容量从小功率 (80-300A/500-1200V ) 的单管发展到超大功率 (1000-1200A/2500-4500 V) 的模块, 形成了系列化 产品,产品覆盖面非常大。
;.
8
二 IGBT发展历史 回顾IGBT的发展历程,其主要从三方面发展演变
制 换 流 关 断 控 制 电 路 简 抗高、控制功
IGBT元件概述PPT课件
• 电力电子器件主要有： 1.不可控器件，例如电力二极管； 2.半控型器件，例如晶闸管； 3.全控型器件，例如GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管），MOSFET（电力场效应晶体管） IGBT（绝缘栅双极晶体管）：复合全控型电压驱动式功率半导体器件
第3页/共23页
01 背景知识（什么是IGBT）
J1
Silicon Dioxide
Metal Metal
1.为了能让MOSFET在导通时 有两种载流子参与导电，加入 p+注入层（injection layer）, 从而加入了正偏的J1结，增加 了空穴注入效应
2.为了能快速关断，加入了n 缓冲层（buffer），从而C注入 的空穴被快速复合
3.S -> C, D -> E
第12页/共23页
IGBT等效电路
+ VCC 对折
第13页/共23页
IGBT等效电路
+
VCC
1.当VGE>VT时，MOS管导通，MOS管的源极 从PNP管的基极抽取电流，从而PNP管导通
2.当在C加正偏压时，PNP管的集电极流出 电流，一部分经接地电阻流入信号地，一 部分注入NPN管的基极，使得NPN管导通
NPT-IGBT，用离子注 入的技术生成P+集电 极，保持基区载流子寿 命而不影响稳态功耗， 具有正温度系数特点
Trench-IGBT，最大的 改进是采用Trench结构， 提高了电导调制效应减 小了导通电阻，消除了 JFET效应，有效特高 耐压能力等
PT-IGBT，基区电场加 强呈梯形分布，所以可 以减小芯片厚度从而减
目录
CONTENTS
01 背景知识 02 发展历程 03 结构与工作原理 04 应用与未来
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01 背景知识（什么是IGBT）
J1
Silicon Dioxide
Metal Metal
1.为了能让MOSFET在导通时 有两种载流子参与导电，加入 p+注入层（injection layer）, 从而加入了正偏的J1结，增加 了空穴注入效应
2.为了能快速关断，加入了n 缓冲层（buffer），从而C注入 的空穴被快速复合
3.S -> C, D -> E
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IGBT等效电路
+ VCC 对折
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IGBT等效电路
+
VCC
1.当VGE>VT时，MOS管导通，MOS管的源极 从PNP管的基极抽取电流，从而PNP管导通
2.当在C加正偏压时，PNP管的集电极流出 电流，一部分经接地电阻流入信号地，一 部分注入NPN管的基极，使得NPN管导通
NPT-IGBT，用离子注 入的技术生成P+集电 极，保持基区载流子寿 命而不影响稳态功耗， 具有正温度系数特点
Trench-IGBT，最大的 改进是采用Trench结构， 提高了电导调制效应减 小了导通电阻，消除了 JFET效应，有效特高 耐压能力等
PT-IGBT，基区电场加 强呈梯形分布，所以可 以减小芯片厚度从而减
目录
CONTENTS
01 背景知识 02 发展历程 03 结构与工作原理 04 应用与未来
igbt课件
igbt课件IGBT课件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种集大功率MOSFET和双极型晶体管优点于一身的功率半导体器件。
它在现代电力电子设备中得到广泛应用，如变频器、电动车控制器、电力传输系统等。
IGBT课件是一种教学资料，用于介绍和讲解IGBT的原理、结构、特性以及应用等方面的知识。
本文将从多个角度对IGBT课件进行探讨，帮助读者更好地了解和应用这一重要的电子器件。
一、IGBT的原理和结构IGBT是一种三端器件，由NPN型双极型晶体管和P型MOSFET组成。
它的工作原理是通过控制栅极电压来控制电流的导通和截止。
在导通状态下，IGBT具有低电压降和高电流承载能力；在截止状态下，它具有高电压隔离能力。
IGBT的结构复杂，包括N型衬底、P型基区、N型漏极、P型栅极等部分。
通过精心设计和优化这些结构，可以实现IGBT的高效率和可靠性。
二、IGBT的特性和优势IGBT具有许多独特的特性和优势，使其成为现代功率电子领域中的主要选择。
首先，IGBT具有高开关速度和低开关损耗，可以实现高频率的开关操作。
其次，IGBT的导通压降较低，可以减少能量损耗和发热。
此外，IGBT还具有较高的电流承载能力和较高的工作温度范围，适用于各种恶劣环境条件下的工作。
这些特性和优势使得IGBT在电力电子应用中得到广泛应用。
三、IGBT的应用领域IGBT在各个领域中都有广泛的应用。
在工业领域，IGBT被用于变频器、电机驱动器、电力传输系统等设备中，用于实现电能的高效转换和控制。
在交通领域，IGBT被应用于电动车控制器、高速列车牵引系统等，提高了交通工具的能效和可靠性。
此外，IGBT还被用于太阳能和风能发电系统中，实现可再生能源的高效利用。
IGBT的应用领域还在不断拓展，为各个行业带来了巨大的发展潜力。
四、IGBT课件的教学意义IGBT课件是一种教学资料，用于向学生介绍和讲解IGBT的相关知识。
《IGBT器件培训》课件
IGBT器件的特点与优势
总结词
IGBT具有高输入阻抗、低导通压降、高开关速度等特点和优势。
详细描述
IGBT具有高输入阻抗、低导通压降、高开关速度等特点和优势，使其在电机控制 、不间断电源、电网保护等领域具有广泛的应用前景。同时，IGBT还具有耐高温 、耐高压、高可靠性等特点，能够满足各种复杂环境下的应用需求。
《IGBT器件培训》 PPT课件
目 录
• IGBT器件简介 • IGBT器件的应用 • IGBT器件的选型与使用 • IGBT器件的发展趋势与未来展望 • 常见问题与解答
01
IGBT器件简介
IGBT器件的基本概念
总结词
IGBT是绝缘栅双极晶体管的简称，是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器 件。
主创新能力。
产业链协同发展
IGBT器件产业链上下游企业加强 合作，共同推动产业发展。
IGBT器件的未来展望
更高性能
随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，未来IGBT器件 的性能将得到进一步提升，实现更高的工作电制造的深入推进，IGBT器件将在 更多领域得到应用，如智能电网、轨道交通、航空航天等 。
详细描述
IGBT是由双极晶体管和绝缘栅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。
IGBT器件的工作原理
总结词
IGBT通过控制输入的电压和电流，实现电能和电能的转换。
详细描述
IGBT在电力电子领域应用广泛，如电机控制、不间断电源、 电网保护等。其工作原理是通过控制输入的电压和电流，实 现电能和电能的转换，从而实现对电机等设备的控制。
轨道交通领域的应用
安全可靠
在轨道交通领域，IGBT器件广泛应用于列车牵引、辅助供电等系统中。其高可靠性确保了列车在复杂 环境中的安全运行。
电力电子器件(1)(5)幻灯片PPT
电力电子器件(1)(5)幻灯片 PPT
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第1章 电力电子器件〔4学时〕
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 〔POWER MOSFET、IGBT〕 1.5 其他新型电力电子器件 〔自学〕 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用〔自学〕
➢ 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是 造成器件发热的原因之一。
■
应用电力电子器件的系统组成
➢电力电子系统：由控制电路、驱动电路和 以电力电子器件为核心的主电路组成
控
制
电
路
检测 电路
驱动 电路
V1 LR
V2 主电路
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
■
应用电力电子器件的系统组成
➢ 控制电路：按系统的工作要求形成控制信 号，通过驱动电路去控制主电路中电力电 子器件的通或断，来完成整个系统的功能；
➢ (1) 能处理电功率的大小，即承受电压 和电流 的能力是最重要的参数。
➢ 其处理电功率的能力小至毫瓦〔mW〕 级，大至兆瓦〔GW〕级, 大多都远大于 处理信息的电子器件。
■
电力电子器件的概念和特征
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态 导通时〔通态〕阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，
而电流由外电路决定。 阻断时〔断态〕阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，
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第1章 电力电子器件〔4学时〕
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 〔POWER MOSFET、IGBT〕 1.5 其他新型电力电子器件 〔自学〕 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用〔自学〕
➢ 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是 造成器件发热的原因之一。
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应用电力电子器件的系统组成
➢电力电子系统：由控制电路、驱动电路和 以电力电子器件为核心的主电路组成
控
制
电
路
检测 电路
驱动 电路
V1 LR
V2 主电路
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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应用电力电子器件的系统组成
➢ 控制电路：按系统的工作要求形成控制信 号，通过驱动电路去控制主电路中电力电 子器件的通或断，来完成整个系统的功能；
➢ (1) 能处理电功率的大小，即承受电压 和电流 的能力是最重要的参数。
➢ 其处理电功率的能力小至毫瓦〔mW〕 级，大至兆瓦〔GW〕级, 大多都远大于 处理信息的电子器件。
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电力电子器件的概念和特征
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态 导通时〔通态〕阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，
而电流由外电路决定。 阻断时〔断态〕阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，