IGBT MOSFET原理和保护方法

《IGBT MOSFET原理和保护方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、IGBT的保护方法IGBT有两个电流：电子流和空穴流。电子流：E极的N+区-------栅极和P型半导体接触面的沟道------很厚的N-区-----P+区C极。空穴流：C极P+区---------很厚的N-区--------穿过弧形的PN结J2结（J2的PN结对空穴有吸引力、加速作用）--------到达弧形的P区-------在弧形P区内向上-------到达发射极。发射极金属层把发射区N+和弧形P区的上端短路，使J1的PN结两侧的发射N+和弧形P区上部短路，发射区N+区内的电子，受到PN结的阻挡，不能跨过圆弧状的P区,只能从圆弧P区与栅极之

2、间的沟道流出发射区到达N-区-------P+区的C极。空穴电流，流过J1---J2之间的弧形P区，向上到达发射，在P区内流动是，P区的电子极小，在P区产生的压降很低，极上图右的Rs很小，PNP管空穴电流在Rs上压降小于0.6V，保证NPN管不导通。上图右是IGBT的等效电路图：发射极区的电子，通过沟道------即图中的NMOS管------到达PNP管的B极-----PNP管导通-------产生空穴流：IGBT的C极--------PNP管的发射极------PNP管的C极------Rs------IGBT的E极。因为Rs极小------

3、-Rs上压降极低-------NPN管不导通。当过流和过热时，流过Rs的电流特大------Rs上电压超过0.6V------NPN导通-------加速PNP导通-------可控硅直通--------IGBT损坏。为什么IGBT具有大电流、低内阻、饱和压降低的特点：因为有注入区P+层，G极加高电平后，形成N沟道，发射区N+区内高浓度的电阻从N沟道跑出来，形成电子流，给PNP管提供了基极电流，PNP管导通，注入区P+区向N-区漂移区（电阻率很大）注入空穴，致使漂移区N-区电阻率下降到很低，内阻很低，在饱和导通时饱和电流特大，饱和压降特低。IGB

4、T中为什么设计很厚的N-漂移区？因为N-层电阻率很高，在MOSFETIGBT截止时，很高的电源电压可以有很厚的N-漂移区来扛住。缺点是饱和导通时内阻大，导致饱和导通的电流小、饱和压降高。如果把N-漂移区设计成电阻率很低的高掺杂N+区，在饱和导通时可提高饱和电流值和降低饱和压降，但截至时N+区耐压很低，几百伏的电源电压全部降在反向偏置的PN结，PN结会击穿短路。由于Le和Cgc的存在，在IGBT的实际运行中uge的上升速率减缓了许多，这种阻碍驱动电压上升的效应，表现为对集电极电流上升及开通过程的阻碍。为了减缓此效应，应使IGBT模块的Le和Cgc

5、及栅极驱动电路的内阻尽量小，以获得较快的开通速度。由于Le和Cgc的存在，在IGBT的实际运行中uge的上升速率减缓了许多，这种阻碍驱动电压上升的效应，表现为对集电极电流上升及开通过程的阻碍。为了减缓此效应，应使IGBT模块的Le和Cgc及栅极驱动电路的内阻尽量小，以获得较快的开通速度。由于Le和Cgc的存在，在IGBT的实际运行中uge的上升速率减缓了许多，这种阻碍驱动电压上升的效应，表现为对集电极电流上升及开通过程的阻碍。为了减缓此效应，应使IGBT模块的Le和Cgc及栅极驱动电路的内阻尽量小，以获得较快的开通速度。IGBT的过流保护电路可分

6、为2类：一类是低倍数的（1.2～1.5倍）的过载保护；一类是高倍数（可达8～10倍）的短路保护IGBT能承受很短时间的短路电流，能承受短路电流的时间与该IGBT的导通饱和压降有关，随着饱和导通压降的增加而延长。如饱和压降小于2V的IGBT允许承受的短路时间小于5μs，而饱和压降3V的IGBT允许承受的短路时间可达15μs，4～5V时可达30μs以上。存在以上关系是由于随着饱和导通压降的降低，IGBT的阻抗也降低，短路电流同时增大，短路时的功耗随着电流的平方加大，造成承受短路的时间迅速减小。降栅压旨在检测到器件过流时，马上降低栅压，但器件仍维持导通

7、。降栅压后设有固定延时，故障电流在这一延时期内被限制在一较小值，则降低了故障时器件的功耗，延长了器件抗短路的时间，而且能够降低器件关断时的di/dt，对器件保护十分有利。若延时后故障信号依然存在，则关断器件，若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了抗骚扰能力。IGBT开关电路的集电极不需要串联电感，其开通损耗可以通过改善栅极驱动条件来加以控制。在IGBT关断期间，由于电路中其他部分的工作会在栅极电路中产生一些高频振荡信号，这些信号轻则会使本该截止的IGBT处于微通状态，增加管子的功耗。重则将使逆变电路处于短路直通状态，因此

8、恰好给应处于截止状态的IGBT加一反向栅压。一般选取—5V—+15V，使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。当UGE增大时，IGB