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新能源汽車的核心部件IGBT有什么用?


IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極(ji)型(xing)晶體管,是由BJT(雙極(ji)型(xing)三極(ji)管)和(he)MOS(絕緣柵型(xing)場(chang)效應管)組成的(de)復(fu)合全控型(xing)電壓(ya)(ya)驅(qu)動(dong)式功(gong)(gong)率(lv)(lv)半(ban)導體器(qi)件(jian), 兼有(you)MOSFET的(de)高輸入(ru)阻(zu)抗和(he)GTR的(de)低(di)導通壓(ya)(ya)降(jiang)兩(liang)方面的(de)優(you)點(dian)。GTR飽和(he)壓(ya)(ya)降(jiang)低(di),載流(liu)密度大,但驅(qu)動(dong)電流(liu)較大;MOSFET驅(qu)動(dong)功(gong)(gong)率(lv)(lv)很小(xiao),開(kai)(kai)關速度快,但導通壓(ya)(ya)降(jiang)大,載流(liu)密度小(xiao)。IGBT綜合了以(yi)(yi)上兩(liang)種(zhong)器(qi)件(jian)的(de)優(you)點(dian),驅(qu)動(dong)功(gong)(gong)率(lv)(lv)小(xiao)而飽和(he)壓(ya)(ya)降(jiang)低(di)。非常適(shi)合應用于直流(liu)電壓(ya)(ya)為600V及以(yi)(yi)上的(de)變流(liu)系統如交流(liu)電機、變頻器(qi)、開(kai)(kai)關電源(yuan)、照明電路、牽引(yin)傳(chuan)動(dong)等領域。

如圖所示為(wei)一(yi)(yi)個(ge)N溝(gou)道(dao)增強型絕(jue)緣(yuan)柵(zha)(zha)雙極(ji)(ji)(ji)(ji)晶體管結(jie)構, N+區(qu)(qu)(qu)稱(cheng)(cheng)為(wei)源區(qu)(qu)(qu),附(fu)于其上(shang)(shang)的(de)(de)(de)電(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)稱(cheng)(cheng)為(wei)源極(ji)(ji)(ji)(ji)(即(ji)發(fa)射極(ji)(ji)(ji)(ji)E)。P+區(qu)(qu)(qu)稱(cheng)(cheng)為(wei)漏(lou)區(qu)(qu)(qu)。器件(jian)的(de)(de)(de)控制區(qu)(qu)(qu)為(wei)柵(zha)(zha)區(qu)(qu)(qu),附(fu)于其上(shang)(shang)的(de)(de)(de)電(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)稱(cheng)(cheng)為(wei)柵(zha)(zha)極(ji)(ji)(ji)(ji)(即(ji)門極(ji)(ji)(ji)(ji)G)。溝(gou)道(dao)在(zai)(zai)緊靠柵(zha)(zha)區(qu)(qu)(qu)邊界形成。在(zai)(zai)C、E兩極(ji)(ji)(ji)(ji)之間的(de)(de)(de)P型區(qu)(qu)(qu)(包括P+和P-區(qu)(qu)(qu))(溝(gou)道(dao)在(zai)(zai)該區(qu)(qu)(qu)域(yu)形成),稱(cheng)(cheng)為(wei)亞溝(gou)道(dao)區(qu)(qu)(qu)(Subchannel region)。而在(zai)(zai)漏(lou)區(qu)(qu)(qu)另一(yi)(yi)側的(de)(de)(de)P+區(qu)(qu)(qu)稱(cheng)(cheng)為(wei)漏(lou)注入(ru)(ru)區(qu)(qu)(qu)(Drain injector),它是IGBT特有的(de)(de)(de)功能區(qu)(qu)(qu),與漏(lou)區(qu)(qu)(qu)和亞溝(gou)道(dao)區(qu)(qu)(qu)一(yi)(yi)起(qi)形成PNP雙極(ji)(ji)(ji)(ji)晶體管,起(qi)發(fa)射極(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)作用,向漏(lou)極(ji)(ji)(ji)(ji)注入(ru)(ru)空穴,進行導電(dian)調制,以降低器件(jian)的(de)(de)(de)通態電(dian)壓。附(fu)于漏(lou)注入(ru)(ru)區(qu)(qu)(qu)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)電(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)稱(cheng)(cheng)為(wei)漏(lou)極(ji)(ji)(ji)(ji)(即(ji)集(ji)電(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)C)。

IGBT的開關作(zuo)用是通過加正向柵(zha)極(ji)電壓形成溝(gou)道,給PNP(原來為(wei)NPN)晶體管提供基極(ji)電流,使(shi)IGBT導(dao)通。反之,加反向門極(ji)電壓消除溝(gou)道,切斷基極(ji)電流,使(shi)IGBT關斷。IGBT的驅動方法和MOSFET基本相同,只需(xu)控(kong)制輸入極(ji)N-溝(gou)道MOSFET,所以具有高輸入阻抗特性。當MOSFET的溝(gou)道形成后,從P+基極(ji)注入到N-層的空穴(少子),對N-層進行(xing)電導(dao)調制,減(jian)小N-層的電阻,使(shi)IGBT在高電壓時,也具有低的通態(tai)電壓。

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