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IGBT(绝缘栅双极型晶体管)在变频器中的应用

发布日期:2018-8-21 16:08:37

  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。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。

 

  一、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。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。反之,加反向门极电压消除沟道,切断基极电流,使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFET ,所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后,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,减小N 一层的电阻,使IGBT 在高电压时,也具有低的通态电压。

 

  IGBT??榈难≡?/p>

 

  二、使用中的注意事项

 

  由于IGBT??槲狹OSFET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。因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。因此使用中要注意以下几点:

 

  在使用??槭?,尽量不要用手触摸驱动端子部分,当必须要触摸??槎俗邮?,要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后,再触摸;在用导电材料连接??榍俗邮?,在配线未接好之前请先不要接上???;尽量在底板良好接地的情况下操作。在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压,但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极间的电容耦合,也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此,通常采用双绞线来传送驱动信号,以减少寄生电感。在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。

 

  此外,在栅极—发射极间开路时,若在集电极与发射极间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于集电极有漏电流流过,栅极电位升高,集电极则有电流流过。这时,如果集电极与发射极间存在高电压,则有可能使IGBT发热及至损坏。

 

  在使用IGBT的场合,当栅极回路不正?;蛘ぜ芈匪鸹凳保ㄕぜτ诳纷刺?,若在主回路上加上电压,则IGBT就会损坏,为防止此类故障,应在栅极与发射极之间串接一只10KΩ左右的电阻。

 

  在安装或更换IGBT??槭?,应十分重视IGBT??橛肷⑷绕慕哟ッ孀刺团〗舫潭?。为了减少接触热阻,最好在散热器与IGBT??榧渫磕ǖ既裙柚?。一般散热片底部安装有散热风扇,当散热风扇损坏中散热片散热不良时将导致IGBT??榉⑷?,而发生故障。因此对散热风扇应定期进行检查,一般在散热片上靠近IGBT??榈牡胤桨沧坝形露雀杏ζ?,当温度过高时将报警或停止IGBT??楣ぷ?。

 

  IGBT??榈牡缪构娓裼胨褂米爸玫氖淙氲缭醇词缘绲缭吹缪菇裘芟喙?。其相互关系见下表。使用中当IGBT??榧缂缌髟龃笫?,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??槭倍疃ǖ缌饔Υ笥诟涸氐缌?。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。

 

  三、保管时的注意事项

 

  一般保存IGBT??榈某∷?,应保持常温常湿状态,不应偏离太大。常温的规定为5~35℃,常湿的规定在45~75%左右。在冬天特别干燥的地区,需用加湿机加湿; 尽量远离有腐蚀性气体或灰尘较多的场合;在温度发生急剧变化的场所IGBT??楸砻婵赡苡薪崧端南窒?,因此IGBT??橛Ψ旁谖露缺浠闲〉牡胤?;保管时,须注意不要在IGBT??樯隙逊胖匚?;装IGBT??榈娜萜?,应选用不带静电的容器。IGBT??橛捎诰哂卸嘀钟帕嫉奶匦?,使它得到了快速的发展和普及,已应用到电力电子的各方各面。因此熟悉IGBT??樾阅?,了解选择及使用时的注意事项对实际中的应用是十分必要的。

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