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1、絕緣柵雙極型晶體管一、IGBT介紹IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，絕緣柵雙極晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領域。二、IG
2、BT的結(jié)構(gòu)左邊所示為一個N溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)，N+區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為源極（即發(fā)射極E）。P+區(qū)稱為漏區(qū)。器件的控制區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極（即門極G）。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。在C、E兩極之間的P型區(qū)（包括P+和P-區(qū)）（溝道在該區(qū)域形成），稱為亞溝道區(qū)（Subchannelregion）。而在漏區(qū)另一側(cè)的P+區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)（Draininjector），它是IGBT特有的功能區(qū)，與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起形成PNP雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏極注入空穴，進行導電調(diào)制，以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極稱為漏極（即集電極
3、C）。IGBT的開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP(原來為NPN)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(guān)斷。IGBT的驅(qū)動方法和MOSFET基本相同，只需控制輸入極N-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-層的空穴（少子），對N-層進行電導調(diào)制，減小N-層的電阻，使IGBT在高電壓時，也具有低的通態(tài)電壓。三、對于IGBT的測試IGBT模塊的測試分為兩大類:一類是靜態(tài)參數(shù)測試，即在IGBT模塊結(jié)溫為25C時進行測試，此時IGBT工作在非開關(guān)狀態(tài)
4、；另一類是動態(tài)參數(shù)測試，即在IGBT模塊結(jié)溫為1時進行測試，此時IGBT工作在開關(guān)狀態(tài)。3.1、靜態(tài)參數(shù)的測試1.柵極一發(fā)射極閥值電壓的測試在規(guī)定條件下，測量柵極—發(fā)射極閥值電壓Vge(th)，測試電路原理圖如圖1所示電路說明和要求:Gl、G2:可調(diào)直流電壓源;Vl、V2:直流電壓表;A:直流電流表;DUT:被測量的IGBT(下同)。測量程序:調(diào)解電壓源G2至規(guī)定的集電極—發(fā)射極電壓(15V);調(diào)節(jié)電壓源Gl，從零開始逐漸增加柵極一發(fā)射極間的電壓。當電流表A顯示出規(guī)定的集電極電流值時，電壓表Vl的顯示值即為被測器件的柵極一發(fā)射極閥值電壓。2.集電極—發(fā)射極截
5、止電流的測試在規(guī)定條件下，測量器件的柵極—發(fā)射極短路時集電極—發(fā)射極截止電流Ices，原理電路如圖2所示電路要求和說明:G:可調(diào)直流電壓源;V:高阻抗直流電壓表;A:直流電流表;R:限流電阻器。測量程序:調(diào)節(jié)電壓源G，從零開始逐漸增加集電極—發(fā)射極間的電壓到電壓表V顯示出規(guī)定的值(10V)，從電流表A讀出集電極—發(fā)射極截止電流Ices。3.柵極—發(fā)射極漏電流的測試在規(guī)定條件下，測量器件在集電極—發(fā)射極短路條件下柵極—發(fā)射極漏電流Iges，原理圖如圖3所示。圖3電路說明和要求:G:可調(diào)直流電壓表;Vl，V2:直流電壓表;R:測量電阻器。這時柵極一發(fā)射極漏電流為
6、:Ices=V/R。測量程序:調(diào)節(jié)電壓源G，使柵極一發(fā)射極電壓Vl到規(guī)定值(20V)。從V2電壓表讀出V2，則柵極一發(fā)射極漏電流為V2/R。4.集電極一發(fā)射極飽和電壓的測試在規(guī)定條件下，測量器件在集電極一發(fā)射極飽和電壓Vce（sat）如圖所示圖4電路說明和要求:G1:可調(diào)直流電壓表;G2:可調(diào)直流電壓表;V1,V2:直流電壓表;A:直流電流表;R:集電極負載電阻器;測量程序:調(diào)節(jié)電壓源Gl，使器件柵極一發(fā)射極間的電壓達到規(guī)定值(15V)。調(diào)節(jié)電流源G2，使器件集電極電流到規(guī)定值(12A)。這時電壓表V2讀數(shù)即為所測得集電極-發(fā)射極飽和電壓。5.集電極—發(fā)射極
7、通態(tài)壓降Vce（on）測試即指在額定集電極電流Ic和額定G—E電壓GEV下的集電極—發(fā)射極通態(tài)壓降。該參數(shù)是IGBT應用中的重要參數(shù)，其大小直接決定通態(tài)損耗的大小。如圖：6．續(xù)流二極管的正向壓降Vfm測試即指IGBT模塊中與IGBT芯片反并的續(xù)流二極管的正向壓降。該值與IGBT模塊的關(guān)斷特性緊密相關(guān)，若Vfm小，則IGBT關(guān)斷速度快，關(guān)斷損耗會減小，但是關(guān)斷時IGBT上的過沖電壓尖峰較高；反之，則會造成關(guān)斷損耗增大。原理圖如下3.2、動態(tài)參數(shù)測試1．擎住電流LUT測試IGBT結(jié)構(gòu)為pnpn4層結(jié)構(gòu)，如果條件合適，它能像晶閘管一樣擎住，此時IGBT的負載為阻性
8、負載。通常情況下，集電極電壓Vcc為額定電壓的60%
