家电小知识:IGBT元件的构造与特征

新时代发展越来越快相信很多小伙伴对家电知识这方面很朦胧吧,正好小编对家电方面颇有研究,现在就跟小伙伴们聊聊一篇关于IGBT元件的构造与特征,相信很多小伙伴们都会感兴趣,那么小编也收集到了有关IGBT元件的构造与特征信息,希望小伙伴们看了有所帮助。

IGBT的构造和功率MOSFET的对比如图 1-1 所示。IGBT 是通过在功率MOSFET 的漏极上追加p+层而构成的,从而具有以下种种特征。

(1) MOSFET的基本结构 (2) IGBT的基本结构

图 1-1 功率MOSFET 与IGBT 的构造比较

1.1 电压控制型元件

IGBT 的理想等效电路,正如图 1-2 所示,是对pnp 双极型晶体管和功率MOSFET 进行达林顿连接后形成的单片型Bi-MOS晶体管。

因此,在门极—发射极之间外加正电压使功率MOSFET导通时,pnp 晶体管的基极—集电极间就连接上了低电阻,从而使pnp 晶体管处于导通状态。

此后,使门极—发射极之间的电压为0V 时,首先功率MOSFET 处于断路状态,pnp 晶体管的基极电流被切断,从而处于断路状态。如上所述,IGBT和功率MOSFET 一样,通过电压信号可以控制开通和关断动作。

图 1-2 理想的等效电路

1.2 耐高压、大容量

IGBT和功率MOSFET 同样,虽然在门极上外加正电压即可导通,但是由于通过在漏极上追加p+层,在导通状态下从p+层向n 基极注入空穴,从而引发传导性能的转变,因此它与功率MOSFET 相比,可以得到极低的通态电阻。解说(请参照图 1-1 阅读下面的解说)

下面对通过 IGBT 可以得到低通态电压的原理进行简单说明。

众所周知,功率 MOSFET 是通过在门极上外加正电压,使p 基极层形成沟道,从而进入导通状态的。此时,由于n 发射极(源极)层和n 基极层以沟道为媒介而导通,MOSFET 的漏极—源极之间形成了单一的半导体(如图 1-1 中的n 型)。它的电特性也就成了单纯的电阻。该电阻越低,通态电压也就变得越低。但是,在MOSFET 进行耐高压化的同时,n 基极层需要加厚,(n 基极层的作用是在阻断状态下,维持漏极—源极之间所外加的电压。因此,需要维持的电压越高,该层就越厚。)元件的耐压性能越高,漏极—源极之间的电阻也就增加。正因为如此,高耐压的功率MOSFET 的通态电阻变大,无法使大量的电流顺利通过,因此实现大容量化非常困难。

针对这一点,IGBT 中由于追加了p+层,所以从漏极方面来看,它与n 基极层之间构成了pn 二极管。因为这个二极管的作用,n 基极得到电导率调制,从而使通态电阻减小到几乎可以忽略的值。因此,IGBT 与MOSFET 相比,能更容易地实现大容量化。

正如图 1-2所表示的理想的等效电路那样,IGBT 是pnp 双极型晶体管和功率MOSFET 进行达林顿连接后形成的单片级联型Bi-MOS 晶体管。此外,IGBT 与双极型晶体管的芯片和功率MOSFET 的芯片共同组合成的混合级联型Bi-MOS 晶体管的区别就在于功率MOSFET 部的通态电阻。在IGBT 中功率MOSFET部的通态电阻变得其微小,再考虑到芯片间需要布线这一点,IGBT 比混合级联型Bi-MOS 晶体管优越。

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