IGBT晶体管基础知识

2. 这是硬或软开关？PT器材更合适于软开关，因其能够削减尾电流，可是，NPT器材将一向作业。

3.流过IGBT的电流都有什么？首先用简略的语言对用到的电流做一个大致的介绍。关于硬开关运用，频率—电流图很有用，可协助确认器材是否合适运用。在运用时需求考虑到数据表由于测验条件不同而存在的差异，怎么做到这一点稍后将有一个比如。关于软开关运用，可从IC2开端着手。

4.什么是抱负的开关速度？假如答案是“更高，更好”，那么PT器材是最好的挑选。相同，运用频率—电流图能够协助挑选硬开关运用的器材。

5.短路承受能力必要吗？关于运用如马达驱动器，答案是必定的，并且开关频率也往往是相对较低。这时将需求NPT器材。开关电源往往不需求短路耐受力。

IGBT概述

   一个N沟道IGBT根本上是一个N沟道功率MOSFET构建在p型衬底上，图1为一般的IGBT横截面。（PT IGBT有一个额定的N+层，并将加以解说。）因而，运用IGBT和运用功率MOSFET十分相似。从发射极到栅极之间加一个正的电压，使得电子从Body流向栅极。 假如门-发射极电压抵达或超越所谓的阈值电压，满足多的电子流向栅极跨过Body构成一个导电通道，答应电流从集电极流向发射极。（精确地说，它使得电子从发射极流向集电极。）这种电子流招引阳离子或空穴从p型衬底经漂移区抵达集电极。如图2所示，为IGBT的简化等效电路图。
                                     
图1：N沟道IGBT的横截面。
                                   
                                     
 图2：IGBT的简化等效电路图。

    图2的左面电路图为一个N沟道功率MOSFET驱动一个大衬底PNP双极晶体管，为达林顿衔接。右边电路图简略地显现了一个N沟道功率MOSFET在漏极串联二极管的景象。乍看之下，好像IGBT两头的开态电压比一个N沟道功率MOSFET自身两头的开态电压高一个二极管的压降。这是真实的现实，即IGBT两头的开态电压始终是至少有一个二极管压降。 可是，比较功率MOSFET，在相同的裸片尺度下，作业在相同的温度和电流的状况下，IGBT能够显着下降开态电压。原因是，MOSFET仅仅是多子（大都载流子）器材。 换言之，在N沟道 MOSFET中，只要电子在活动。 如前所述，N沟道IGBT的p型衬底会将空穴注入到漂移区。因而，IGBT的电流里既有电子又有空穴。这种空穴（少子）的注入大大削减了漂移区的等效电阻。还有阐明，空穴注入大大增加了电导率，或导电性被调制。由此削减了开态电压是IGBT比较功率MOSFET的首要优势。
    当然，世界上没有免费的午饭，较低的开态电压的价值是开关速度变慢，特别是在封闭时。 原因是，在关断时，电子流能够忽然中止，就跟在功率MOSFET中一样，经过下降栅极和发射极之间的电压使其低于阈值电压。可是，空穴依然留在漂移区，除了电压梯度和中和没有办法移除它们。IGBT在封闭期间的尾电流一向要继续到一切的空穴被中和或被调制。调制率是能够操控的，这是图1中N +缓冲层的效果。 这种缓冲层在封闭期间敏捷吸收捕获的空穴。 并非一切的IGBT归入一个n+缓冲层; 那些被称为穿通型(PT)的有，那些被称为非穿通型（NPT）的没有。 PT IGBTs 有时被称为不对称的，NPT是对称的。

    其他的较低的开态电压的价值是，假如IGBT的运作超出标准的规模，那么会存在闩锁的或许。闭锁是IGBT的一种失效形式既IGBT再也不能被栅极封闭。任何对IGBT的误用都将诱发闭锁。 因而，IGBT的闭锁失效机理需求一些解说。

根本结构

    IGBT的根本结构和晶闸管相似，即一系列PNPN结。 这能够经过剖析更具体的IGBT等效电路模型来解说，如图3所示。

                                    
图3：IGBT的寄生晶闸管模型。

    一切的N通道功率MOSFET都存在寄生NPN双极型晶体管，因而一切N3channel的IGBT也都存在。寄生NPN晶体管的基极是体区域，基极和发射极短接以防止晶体管敞开。 可是请注意，体区域存在电阻，既体分散电阻（body region spreading resistance），如图3所示。 P型衬底，漂移区和体区域组成了IGBT的PNP部分。该PNPN结构构成了寄生晶闸管。 假如寄生NPN晶体管敞开并且NPN和PNP晶体管的增益和大于1，闭锁就发作了。 闭锁是经过优化IGBT的掺杂水平缓规划不同区域的尺度来防止的，如图1所示。

    能够设定NPN和PNP晶体管的增益，使他们的总和不到1。 跟着温度的升高，NPN和PNP晶体管的增益增大，体分散电阻也增大。十分高的集电极电流可在体区域引起满足的电压降使得寄生NPN晶体管敞开，芯片的部分过热使寄生晶体管的增益升高，这样他们的收益总和就超越1。假如发作这种状况，寄生晶闸管就开端进入闩锁状况，并且IGBT无法被栅极封闭，且或许由于电流过大被焚毁。这是静态闭锁。高dv/dt封闭进程加上过度的集电极电流也能够显著地进步增益和敞开寄生NPN晶体管。这是动态闭锁，这实际上约束了安全作业区，由于它或许会在比静态闭锁低得多的集电极电流下发作闭锁，这取决于关断时的dv / dt。经过在答应的最大电流和安全作业区内作业，能够防止静态和动态闭锁，且不必考虑dv / dt的问题。请注意，敞开和封闭状况下的dv / dt，过冲（overshoot）和震动（ringing）可由外部闸电阻设定（以及在电路布局上的杂散电感）。