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IGBT技术的研制

在IGBT 的研制中,要求功率开关器件降低损耗、提高效率、提高性能。其研究的技术领域有:

①IGBT 的开关损耗与性能。开关器件的损耗分为两类:一类是器件的通态正常(导通)损耗;另一类是从通态向断态(从断态向通态)转换的开关损耗。IGBT 的特性有正常损耗(集电极、发射极间饱和电压UCE(sat))特性和开关特性(断开时间toff,有的用导通时间ton)。击穿性能有闭锁性能、短路性能、di/dt和dv/dt性能。

② 改进开关特性的技术。为改进开关特性所研制的技术主要是使浓度与层的厚度达到最佳化,减少成为储存载流子的空穴,使IGBT 特有的集电极电流拖尾部分减少。通过单元图形的最佳化减少输入阻抗Rg,使 MOSFET 部分栅极电荷充放电时间高速化。在高速化功率器件的基础上所采用的技术,缩短载流子的消灭时间。作为寿命时间限制方法,一般常采用重金属扩散和电 子 射 线 照 射 等 方 法。通过寿命时间的控制,可 以 控 制IC 的 关 断 特 性。降 低MOSFET 部分的栅极电容量,可使充放电时间达到高速化。

③ 降低UCE(sat)技术。降低UCE(sat)技术是通过浓度、层的厚度及深度的最佳化来降低电阻部分。借助精细化,提高单位面积的电流密度,使 Lg 与 Ls 的比达到最佳化,扩 大 MOSFET的反型层(沟道)单位芯片面积,减少沟道电阻。利用开关特性的改进技术,提高了寿命时间限制量。若加大寿命时间限制量,开关特性能实现高速化,UCE(sat)上升。在IGBT 中,UCE(sat)与开关特性tf 处于相关关系中,借助寿命时间控制,在该相关关系上可以找到你想要的任意工作状态。

④ 提高击穿性能技术。提高击穿性能技术主要采取的是,抑制寄生 NPN 晶体管工作,抑制电场和电流集中。


本文节选自《开关电源实用技术》,由镭之源光纤激光器电源收集整理
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