IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一種雙極性功率半導(dǎo)體器件,由BJT(雙極型三極管)和MOS管復(fù)合而成, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點,特別是600V以上應(yīng)用中的功率損失相當?shù)?。雖然可以通過工藝技術(shù)提高BJT的性能,但無法從根本上解決BJT的電荷存儲時間(STORAGE TIME)問題。也就是說,BJT在關(guān)閉時需耗費較長時間,不適合高速切換的應(yīng)用,但完全滿足市電供電的應(yīng)用。
IGBT基本特性包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性,其中靜態(tài)特性由輸出特性和轉(zhuǎn)移特性組成,動態(tài)特性描述IGBT器件開關(guān)過程。
IGBT的基本特性
輸出特性IC-UCE。輸出特性反映集電極電流IC與集電極-發(fā)射極之間電壓UCE的關(guān)系,參變量為柵極和發(fā)射極之間驅(qū)動電壓UGE,由飽和區(qū)、放大區(qū)、截止區(qū)組成。
轉(zhuǎn)移特性IC-UGE。反映集電極電流IC與柵極-發(fā)射極之間驅(qū)動電壓UGE的關(guān)系。
動態(tài)特性。動態(tài)特性即開關(guān)特性,反映IGBT器件開關(guān)過程及開關(guān)時間參數(shù),包括導(dǎo)通過程、導(dǎo)通、關(guān)斷過程、截止四種狀態(tài)。其中UGE是柵射極驅(qū)動電壓,UCE是集射極電壓,IC是集電極電流,ton是導(dǎo)通時間,toff是關(guān)斷時間。
IGBT的主要參數(shù)
最大集電極電流ICM:表征IGBT的電流容量,分為直流條件下的IC和1ms脈沖條件下的ICP。
集電極-發(fā)射極最高電壓UCES:表征IGBT集電極-發(fā)射極的耐壓能力。目前IGBT耐壓等級有600V、1000V、1200V、1400V、1700V、3300V。
柵極-發(fā)射極擊穿電壓UGEM:表征IGBT柵極-發(fā)射極之間能承受的最高電壓,其值一般為±20V。
柵極-發(fā)射極開啟電壓UGE(th):指IGBT器件在一定的集電極-發(fā)射極電壓UCE下,流過一定的集電極電流IC時的最小開柵電壓。當柵源電壓等于開啟電壓UGE(th)時,IGBT開始導(dǎo)通。
輸入電容cIES:指IGBT在一定的集電極-發(fā)射極電壓UCE和柵極-發(fā)射極電壓UGE=0下,柵極-發(fā)射極之間的電容,表征柵極驅(qū)動瞬態(tài)電流特征。
集電極最大功耗PCM:表征IGBT最大允許功能。
開關(guān)時間:它包括導(dǎo)通時間ton和關(guān)系時間toff。導(dǎo)通時間ton又包含導(dǎo)通延遲時間td和上升時間tr。關(guān)斷時間toff又包含關(guān)斷延遲時間td和下降時間tf。
目前,新型IGBT的最高工作頻率fr已超過150kHz、最高反壓UCBS≥1700V、最大電流ICM已達800A、最大功率PCM達3000W、導(dǎo)通時間ton<50ns。
隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車、新能源、智慧照明、智慧交通等行業(yè)的快速發(fā)展,新型功能器件的節(jié)能功效越來越受重視,尤以IGBT為代表的快充技術(shù)更被視作未來十年的發(fā)展趨勢。特別是中美貿(mào)易摩擦時期,中國國內(nèi)IGBT廠商將面臨前所未有的機遇。
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