公共柵極單元100與第1發射極單元101和第二發射極單元201之間通過刻蝕方式進行隔開;第二表面上設有工作區域10和電流檢測區域20的公共集電極單元200;接地區域30則設置于第1發射極單元101內的任意位置處;電流檢測區域20和接地區域30分別用于與檢測電阻40連接,以使檢測電阻40上產生電壓,并根據電壓檢測工作區域10的工作電流。具體地,工作區域10和電流檢測區域20具有公共柵極單元100和公共集電極單元200,此外,電流檢測區域20還具有第二發射極單元201和第三發射極單元202,檢測電阻40則分別與第二發射極單元201和接地區域30連接。此時,在電流檢測過程中,工作區域10由公共柵極單元100提供驅動,以使公共集電極單元200上的電流ic通過第二發射極單元201達到檢測電阻40,從而可以在檢測電阻40上產生測試電壓vs,進而可以根據該測試電壓vs檢測工作區域10的工作電流。因此,在上述電流檢測過程中,電流檢測區域20的第二發射極單元201相當于沒有公共柵極單元100提供驅動,即對于igbt芯片的電子和空穴兩種載流子形成的電流,電流檢測區域20的第二發射極單元201只獲取空穴形成的電流作為檢測電流,從而避免了檢測電流受公共柵極單元100的電壓的影響。 IGBT的轉移特性是指輸出漏極電流Id與柵源電壓Ugs之間的關系曲線。浙江進口SEMIKRON西門康IGBT模塊
不論漏極-源極電壓VDS之間加多大或什么極性的電壓,總有一個pn結處于反偏狀態,漏、源極間沒有導電溝道,器件無法導通。但如果VGS正向足夠大,此時柵極G和襯底p之間的絕緣層中會產生一個電場,方向從柵極指向襯底,電子在該電場的作用下聚集在柵氧下表面,形成一個N型薄層(一般為幾個nm),連通左右兩個N+區,形成導通溝道,如圖中黃域所示。當VDS>0V時,N-MOSFET管導通,器件工作。了解完以PNP為例的BJT結構和以N-MOSFET為例的MOSFET結構之后,我們再來看IGBT的結構圖↓IGBT內部結構及符號黃塊表示IGBT導通時形成的溝道。首先看黃色虛線部分,細看之下是不是有一絲熟悉之感?這部分結構和工作原理實質上和上述的N-MOSFET是一樣的。當VGE>0V,VCE>0V時,IGBT表面同樣會形成溝道,電子從n區出發、流經溝道區、注入n漂移區,n漂移區就類似于N-MOSFET的漏極。藍色虛線部分同理于BJT結構,流入n漂移區的電子為PNP晶體管的n區持續提供電子,這就保證了PNP晶體管的基極電流。我們給它外加正向偏壓VCE,使PNP正向導通,IGBT器件正常工作。這就是定義中為什么說IGBT是由BJT和MOSFET組成的器件的原因。此外,圖中我還標了一個紅色部分。 浙江進口SEMIKRON西門康IGBT模塊IGBT導通時的飽和壓降比MOSFET低而和GTR接近,飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。
圖1所示為一個N溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結構,N+區稱為源區,附于其上的電極稱為源極。N+區稱為漏區。器件的控制區為柵區,附于其上的電極稱為柵極。溝道在緊靠柵區邊界形成。在漏、源之間的P型區(包括P+和P一區)(溝道在該區域形成),稱為亞溝道區(Subchannelregion)。而在漏區另一側的P+區稱為漏注入區(Draininjector),它是IGBT特有的功能區,與漏區和亞溝道區一起形成PNP雙極晶體管,起發射極的作用,向漏極注入空穴,進行導電調制,以降低器件的通態電壓。附于漏注入區上的電極稱為漏極。IGBT的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道,給PNP晶體管提供基極電流,使IGBT導通。反之,加反向門極電壓消除溝道,切斷基極電流,使IGBT關斷。IGBT的驅動方法和MOSFET基本相同,只需控制輸入極N一溝道MOSFET,所以具有高輸入阻抗特性。當MOSFET的溝道形成后,從P+基極注入到N一層的空穴(少子),對N一層進行電導調制,減小N一層的電阻,使IGBT在高電壓時,也具有低的通態電壓。IGBT和可控硅區別IGBT與晶閘管1.整流元件(晶閘管)簡單地說:整流器是把單相或三相正弦交流電流通過整流元件變成平穩的可調的單方向的直流電流。其實現條件主要是依靠整流管。
IGBT模塊旁的續流二極管續流二極管二極管通常是指反向并聯在IGBT模塊兩端的一個二極管,它的作用是在電路中電壓或電流出現突變時,對電路中其它元件起保護作用。如在變頻驅動電動機運行時,與IGBT并聯的快恢復二極管使IGBT在關斷時電動機定子繞組中的儲存的能量能提供一個繼續流通的路徑,避免激起高壓損壞IGBT。二極管除繼續流通正向電流外,更重要的反向恢復特性,因為它直接關系到逆變橋上下臂IGBT換流時的動態特性。對于感性負載而言,由于感生電壓的存在,在IGBT的S或D極結點上,總會有流入和流出的電流存在。那個二極管就負責流出電流通路的。從IGBT的結構原理可知,它只能單向導通。另一個方向就要借助和它并聯的二極管實現。電感線圈可以經過它給負載提供持續的電流,以免負載電流突變,起到平滑電流的作用!在IGBT開關電源中,就能見到一個由二極管和電阻串連起來構成的的續流電路。這個電路與變壓器原邊并聯當開關管關斷時,續流電路可以釋放掉變壓器線圈中儲存的能量,防止感應電壓過高,擊穿開關管。電路連接圖IGBT模塊并聯二極管的使用事項一般選擇快速恢復二極管或者肖特基二極管。 在截止狀態下的IGBT,正向電壓由J2結承擔,反向電壓由J1結承擔。
措施:在三相變壓器次級星形中點與地之間并聯適當電容,就可以減小這種過電壓。與整流器并聯的其它負載切斷時,因電源回路電感產生感應電勢的過電壓。變壓器空載且電源電壓過零時,初級拉閘,因變壓器激磁電流的突變,在次級感生出很高的瞬時電壓,這種電壓尖峰值可達工作電壓的6倍以上。交流電網遭雷擊或電網侵入干擾過電壓,即偶發性浪涌電壓,都必須加阻容吸收路進行保護。3.直流側過電壓及保護當負載斷開時或快熔斷時,儲存在變壓器中的磁場能量會產生過電壓,顯然在交流側阻容吸收保護電路可以抑制這種過電壓,但由于變壓器過載時儲存的能量比空載時要大,還不能完全消除。措施:能常采用壓敏吸收進行保護。4.過電流保護一般加快速熔斷器進行保護,實際上它不能保護可控硅,而是保護變壓器線圈。5.電壓、電流上升率的限制4.均流與晶閘管選擇均流不好,很容易燒壞元件。為了解決均流問題,過去加均流電抗器,噪聲很大,效果也不好,一只一只進行對比,擰螺絲松緊,很盲目,效果差,噪音大,耗能。我們采用的辦法是:用計算機程序軟件進行動態參數篩選匹配、編號,裝配時按其號碼順序裝配,很間單。每一只元件上都刻有字,以便下更換時參考。這樣能使均流系數可達到。 IGBT模塊具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點。浙江進口SEMIKRON西門康IGBT模塊
IGBT的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性。浙江進口SEMIKRON西門康IGBT模塊
并在檢測電阻40上得到檢測信號。因此,這種將檢測電阻40通過引線直接與主工作區的源區金屬相接,可以避免主工作區的工作電流接地電壓對測試的影響。但是,這種方式得到的檢測電流曲線與工作電流曲線并不對應,如圖4所示,得到的檢測電流與工作電流的比例關系不固定,在大電流時,檢測電流與工作電流的偏差較大,此時,電流傳感器1的靈敏性較低,從而導致檢測電流的精度和敏感性比較低。針對上述問題,本發明實施例提供了igbt芯片及半導體功率模塊,避免了柵電極因對地電位變化造成的偏差,提高了檢測電流的精度。為便于對本實施例進行理解,下面首先對本發明實施例提供的一種igbt芯片進行詳細介紹。實施例一:本發明實施例提供了一種igbt芯片,圖5為本發明實施例提供的一種igbt芯片的結構示意圖,如圖5所示,在igbt芯片上設置有:工作區域10、電流檢測區域20和接地區域30;其中,在igbt芯片上還包括第1表面和第二表面,且,第1表面和第二表面相對設置;第1表面上設置有工作區域10和電流檢測區域20的公共柵極單元100,以及,工作區域10的第1發射極單元101、電流檢測區域20的第二發射極單元201和第三發射極單元202,其中,第三發射極單元202與第1發射極單元101連接。 浙江進口SEMIKRON西門康IGBT模塊