《绝缘栅双极型晶体管.doc

绝缘栅双极型晶体管 IGBT介绍 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，，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。左边所示为一个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（即发射极E）。P+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（即门极G）。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区（包括P+和P-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（即集电极C）。 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原来为NPN)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-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-层的空穴（少子），对N-层进行电导调制，减小N-层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压IGBT模块的测试分为两大类:一类是静态参数测试，即在IGBT模块结温为25C时进行测试，此时IGBT工作在非开关状态；另一类是动态参数测试，即在IGBT模块结温为1时进行测试，此时IGBT工作在开关状态。 3.1、静态参数的测试 1. 栅极一发射极阀值电压的测试在规定条件下，测量栅极—发射极阀值电压Vge(th)，测试电路原理图如图1所示 电路说明和要求: Gl、G2:可调直流电压源; Vl、V2:直流电压表; A:直流电流表; DUT:被测量的IGBT(下同)。测量程序:调解电压源G2至规定的集电极—发射极电压(15V);调节电压源Gl，从零开始逐渐增加栅极一发射极间的电压。当电流表A显示出规定的集电极电流值时，电压表Vl的显示值即为被测器件的栅极一发射极阀值电压。 2. 集电极—发射极截止电流的测试在规定条件下，测量器件的栅极—发射极短路时集电极—发射极截止电流Ices，原理电路如图2所示 电路要求和说明: G:可调直流电压源; V:高阻抗直流电压表; A:直流电流表; R:限流电阻器。测量程序:调节电压源G，从零开始逐渐增加集电极—发射极间的电压到电压表V显示出规定的值(10V)，从电流表A读出集电极—发射极截止电流Ices。 3. 栅极—发射极漏电流的测试在规定条件下，测量器件在集电极—发射极短路条件下栅极—发射极漏电流Iges，原理图如图3所示。 图3 电路说明和要求: G:可调直流电压表; Vl，V2:直流电压表; R:测量电阻器。这时栅极一发射极漏电流为: Ices=V/R。测量程序:调节电压源G，使栅极一发射极电压Vl到规定值(20V)。从V2电压表读出V2，则栅极一发射极漏电流为V2/R。 4. 集电极一发射极饱和电压的测试 在规定条件下，测量器件在集电极一发射极饱和电压Vce（sat）如图所示 图4 电路说明和要求: G1:可调直流电压表; G2:可调直流电压表; V1,V2:直流电压表; A:直流电流表; R:集电极负载电阻器; 测量程序:调节电压源Gl，使器件栅极一发射极间的电压达到规定值(15V)。调节电流源G2，使器件集电极电流到规定值(12A)。这时电压表V2读数即为所测得集电极-发射极饱和电压。 5.集电极—发射极通态压降Vce（on）测试 即指在额定集电极电流Ic和额定G—E电压GEV下的集电极—发射极通态压降。该参数是IGBT应用中的重要参数，其大小直接决定通态损耗的大小。如图： 6．续流二极管的正向压降Vfm测试 即指IGBT模块中与IGBT芯片反并的续流二极管的正向压降。该值与IGBT模块的关断特性紧密相关，若Vfm小，则IGBT关断速度快，关断损耗会减小，但是关断时IGBT上的过冲电压尖峰较高；反之，则会造成关断损耗增大。原理图如下 3.2、动态参数测试 1．擎住电流LUT测试 IGBT结构为pnpn 4层结构，如果条件合适，它能像晶闸管一样擎住，此时IG