IGBT 等效电路图
详解IGBT系统[图文]
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详解IGBT系统[图文]IGBT，中文名字为绝缘栅双极型晶体管，它是由MOSFET（输入级）和PNP晶体管（输出级）复合而成的一种器件，既有MOSFET 器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），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。
理想等效电路与实际等效电路如图所示：IGBT 的静态特性一般用不到，暂时不用考虑，重点考虑动态特性（开关特性）。
动态特性的简易过程可从下面的表格和图形中获取：IGBT的开通过程IGBT 在开通过程中，分为几段时间1.与MOSFET类似的开通过程，也是分为三段的充电时间2.只是在漏源DS电压下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和过程中增加了一段延迟时间。
在上面的表格中，定义了了：开通时间Ton，上升时间Tr和Tr.i 除了这两个时间以外，还有一个时间为开通延迟时间td.on:td.on=Ton-Tr.iIGBT在关断过程IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。
第一段是按照MOS管关断的特性的第二段是在MOSFET关断后，PNP晶体管上存储的电荷难以迅速释放，造成漏极电流较长的尾部时间。
在上面的表格中，定义了了：关断时间Toff，下降时间Tf和Tf.i 除了表格中以外，还定义trv为DS端电压的上升时间和关断延迟时间td（off）。
漏极电流的下降时间Tf由图中的t（f1）和t（f2）两段组成，而总的关断时间可以称为toff=td（off）+trv十t（f），td（off）+trv之和又称为存储时间。
从下面图中可看出详细的栅极电流和栅极电压，CE电流和CE电压的关系：从另外一张图中细看MOS管与IGBT管栅极特性可能更有一个清楚的概念：开启过程关断过程尝试去计算IGBT的开启过程，主要是时间和门电阻的散热情况。
C.GE 栅极-发射极电容C.CE 集电极-发射极电容C.GC 门级-集电极电容（米勒电容）Cies = CGE + CGC 输入电容Cres = CGC 反向电容Coes = CGC + CCE 输出电容根据充电的详细过程，可以下图所示的过程进行分析对应的电流可简单用下图所示：第1阶段：栅级电流对电容CGE进行充电，栅射电压VGE上升到开启阈值电压VGE（th）。
IGBT模块驱动电路
IGBT模块的使用和安装1.简介IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，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。
GBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，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。
IGBT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。
图1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。
N+ 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。
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( 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。
IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。
IGBT典型失效现象及分析
IGBT典型失效现象及分析来源：作者：时间：2008-11-01 Tag：IGBT点击： 6IGBT典型失效现象及分析1、温度上升对IGBT参数的影响温度上升包含两个意思：一是IGBT中的电磁场能量转化为热能，主要由于器件中的电阻热效应；一是器件发热与外部冷却之间的相互作用，发生的热量如果不能及时散发出去，即散发能力不够，则使温度上升。
温度上升，IGBT中的两个晶体管的放大系数α1和α2均增大，该两个晶体管构成一个寄生晶闸管。
借助于IGBT等效电路图（图3），开通过程为：当给栅极加压Vg，产生Ig，则MOSFET开通，产生I1，I1为PNP的基极电流，开通PNP，产生I2，I2为NPN提供基极电流，产生I3，使整个IGBT全面开通。
I1、I2和I3构成IGBT开通后的全部电流，其中I2为主要部分。
当温度上升，α1和α2上升，使α1＋α2→1，将使寄生晶闸管出现“闭锁效应”，而使IGBT一直导通，即使Vg去掉，I1=0,由于该闭锁效应，PNPN导通，开关失效。
因此，温度上升，增加，使得重复开断的通态电流下降。
图4为SKM600GB126D 型IGBT的通态电流IC随温度变化的曲线【5】。
从图中可以看到，随温度升高，电流下降，且在800C之后，电流下降非常迅速。
图4 IGBT（SKM600GB126D）温度－电流曲线（略）在一台实际的160kW三电平变频器中，温升试验中发生的IGBT失效现象说明该问题：该变频器所选的IGBT型号为SKM600GB126D，工频下重复可关断电流为600A。
该变频器起动后，带满载运行，额定电流为315A。
起动稳定后的50分钟运行一切正常，随着运行时间的增加，IGBT壳温从300C上升到1200C，装置发生过流保护。
分析其原因：当IGBT壳温达到1200C以后，最大重复可关断电流值发生变化（约为250A），驱动开关发生失效，直流母排中点电压平衡破坏，造成直通过流，器件保护。
还搞不懂IGBT？一文详细解读IGBT结构和工作原理，几分钟搞定IGBT
还搞不懂IGBT？一文详细解读IGBT结构和工作原理，几分钟搞定IGBT大家好，我是李工，希望大家多多支持我。
（愉快的周末过去了）看到有人给我留言，说希望讲一下IGBT（绝缘栅双极型晶体管)，今天就讲一下IGBT，那位留言的朋友记得按时来看。
在实际应用中最流行和最常见的电子元器件是双极结型晶体管BJT 和 MOS管。
在之前的文章中我已经对BJT的工作原理和MOS管的工作原理以及结构应用有进行详细地说明，如果忘记了可以点击标题直接跳转。
mos管工作原理详解BJT工作原理详解IGBT实物图+电路符号图虽然说BJT 和MOS 管是最流行和最常见的元器件，但是在非常高电流的应用中有限制，这个时候 IGBT 就派上用场了。
你可以把 IGBT 看作 BJT 和 MOS 管的融合体，IGBT具有 BJT 的输入特性和 MOS 管的输出特性。
与BJT 或MOS管相比，绝缘栅双极型晶体管IGBT 的优势在于它提供了比标准双极型晶体管更大的功率增益，以及更高的工作电压和更低的 MOS 管输入损耗。
这篇文章将较为详细地讲解IGBT 内部构造，工作原理等基础知识。
希望能够让大家更了解 IGBT，也请大家多多指教。
什么是IGBT？IGBT 是绝缘栅双极晶体管的简称，是一种三端半导体开关器件，可用于多种电子设备中的高效快速开关。
IGBT 主要用于放大器，用于通过脉冲宽度调制 (PWM) 切换/处理复杂的波形。
就像我上面说的 IGBT 是 BJT 和 MOS管的融合，IGBT 的符号也代表相同。
你可以看到输入侧代表具有栅极端子的MOS管，输出侧代表具有集电极和发射极的 BJT。
集电极和发射极是导通端子，栅极是控制开关操作的控制端子。
IGBT的电路符号与等效电路图IGBT内部结构IGBT 有三个端子（集电极、发射极和栅极）都附有金属层。
然而，栅极端子上的金属材料具有二氧化硅层。
IGBT结构是一个四层半导体器件。
四层器件是通过组合PNP 和NPN 晶体管来实现的，它们构成了 PNPN 排列。
IGBT简单应用
4。驱动电路设计、实际安装的注意事项 4.1关于光藕合器的杂波耐受力 由于IGBT是高速交换元件，因此在驱动电路中使用的光藕合器需要使用 杂波耐受力大的类型。另外，为了避免误动作，光藕合器的初级侧和次级 侧的配线不能交叉，为了充分发挥IGBT的高速交换性能，推荐使用信号 延迟时间短的光藕合器。 4.2关于驱动电路与IGBT间的配线 在驱动电路和IGBT间的配线长的情况下，门极信号的振荡和感应杂波会导致 IGBT误动作，作为对策，有以下方法： （1）驱动配线要尽量短，G，E线制成双绞线； （2）增大RG，但是要注意开关时间、交换损耗； （3）门极配线和IGBT的主电路配线要尽量远离，布局时两者要正交； （4）不要和其他相的门极配线绑在一起。 4.3关于门极过电压保护，为了防止VGE电压超过±20V，需要在G-E间连接齐纳 二极管等保护措施。
*目前的IGBT一般不存在这一问题。
1.4 IGBT的输出特性
图1-6
1.5 IGBT的主要参数有： 1）电压额定 VCES：C,E之间允许的最大电压。
VGES：G，E之间允许的最大电压，一般为±20V。
2）电流额定 ICmax: IGBT允许最大的持续直流；Tj≤150℃时。 IFmax：逆向二极管的允许的最大的持续的正向电流； Tj≤150℃时。 I 2 t：耐10ms以下的正弦波的脉冲电流能力。 3）温度 Tj：硅材料允许的Tjmax≤150 ℃。 4）损耗 Pc：Tj=25 ℃时，IGBT允许的最大损耗。 PCmax= （Tjmax-Tc）/Rth（j-c）。
与MOSFET不 一样的地方
1.2.2 IGBT的等效电路图N PN P图1.5
IGBT
IGBTIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅极型功率管，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电力电子器件。
应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
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。
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)。
UPSIGBTPFC整流器
单相IGBT-PFC整流器得工作原理
DC+
e u AB iR iX L
LR
e
i
A
B
i
e
φ
UAB
iXL
iR
DC-
• 市电正常时,监测e、i得大小与相位,并根据iR(与e同相)与iXL(超前e 90°)确定UAB得幅
值与相位,并产生符合UAB要求得驱动信号,以达到输入电压与输入电流同相位。 • 对UAB得要求:幅值大小取决于脉冲得宽度;相位移φ大小取决于脉冲相位得时序。
> 解决方案
– 通过控制 IGBT 得指令,为中线电感提供一个补偿电流 (调整得参考点为零电位点)。
TN2
N
C8
注 : 这就是个慢速调整过程,采用50Hz得频率。 只有当开关频率达到几KHz左右时,产生得噪声才就是 较明显得。
Vdc_neg
- 4-30900VV
市电输入不变
产生得电压参考信号 发生变化—— 幅值下降、相位后移
i↑
e
φ2↑
驱动信号得产 生方法不变
UAB
iXL
PWM驱动信号变
iR
化:相位及脉宽
2、 IGBT-PFC整流器工作原理
单相IGBT-PFC整流器得工作原理
DC +
DC+
LR
e
A
B
LR
e
A
B
DC -
e正半周: • 触发脉冲到来; • A下侧IGBT导通; • 电感储能。
– C7 与 C8 之间得电压不平衡将影响逆变器得运行。 – 某些负载需要非平衡电流,例如分配不平衡得单相负
++430900 VV
TN1 C7
IGBT的一般作用
IGBT模块的作用时间:2007-08-21 来源: 作者:李春峰王业鹏谢勋点击：7145 字体大小:【大中小】摘要：对IGBT的特性及使用时的注意事项进行了探讨，提出了选择和安装过程中应该注意的方面。
1 IGBT模块简介IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写，IGBT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，它融和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。
IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知，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。
图1 IGBT的等效电路2 IGBT模块的选择IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。
其相互关系见下表。
使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。
同时，开关损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。
特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降等使用。
3 使用中的注意事项由于IGBT模块为MOSFET结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。
由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20～30V。