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解析什麽是IGBT中的閂鎖效應
  • 發布時間:2022-04-12 17:40:13
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解析什麽是IGBT中的閂鎖效應
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的複合全控型電壓驅動式功率半導體器件,具有功率MOSFET的高速性能與雙極的低電阻性能兩方麵的優點。閂鎖會使IGBT失去柵控能力,器件無法自行關斷,甚至會將IGBT永久性燒毀。
IGBT應用領域
IGBT的應用範圍一般都在耐壓600V以上、電流10A以上、頻率為1kHz以上的區域。
閂鎖(Lanch-up)效應,一般日韩国产成人也可以稱之為擎住效應,是由於IGBT超安全工作區域而導致的電流不可控現象,當然,閂鎖效應更多的是決定於IGBT芯片本身的構造。實際工作中日韩国产成人可能很少聽到一種失效率,閂鎖失效,今天日韩国产成人就來聊一聊什麽是閂鎖效應。
一般日韩国产成人認為IGBT的理想等效電路如下圖所示:
IGBT 閂鎖效應
上圖直觀地顯示了IGBT的組成,是對PNP雙極型晶體管和功率MOSFET進行達林頓連接後形成的單片型Bi-MOS晶體管。
故在G-E之間外加正向電壓使MOS管導通時,PNP晶體管的基極-集電極之間就連上了低電阻,從而使PNP晶體管處於導通狀態。
此後,使G-E之間的電壓為零或者負壓時,首先MOS管處於斷路狀態,PNP晶體管的基極電流被切斷,從而使IGBT關斷。所以,IGBT和MOS一樣,都是電壓控製型器件。
閂鎖效應的產生是在哪裏?
其實IGBT的實際等效電路與上麵日韩国产成人講到的理想等效電路略有不同,還需要考慮其內部寄生的電容,如下圖:
IGBT 閂鎖效應
從上圖日韩国产成人可以看出,實際等效電路是由可控矽和MOS構成的。內部存在一個寄生的可控矽,在NPN晶體管的基極和發射極之間並有一個體區擴展電阻Rs,P型體內的橫向空穴電流會在Rs上產生一定的電壓降,對於NPN基極來說,相當於一個正向偏置電壓。
在規定的集電極電流範圍內,這個正偏電壓不會很大,對於NPN晶體管起不了什麽作用。當集電極電流增大到一定程度時,該正向電壓則會大到足以使NPN晶體管開通,進而使得NPN和PNP晶體管處於飽和狀態。
此時,寄生晶閘管導通,門極則會失去其原本的控製作用,形成自鎖現象,這就是日韩国产成人所說的閂鎖效應,也就是擎住效應,準確的應該說是靜態擎住效應。IGBT發生擎住效應後,集電極的電流增大,產生過高的功耗,從而導致器件失效。
動態擎住效應主要是在器件高速關斷時電流下降太快(di/dt大),dv/dt很大,引起的較大位移電流,流過Rs,產生足以使NPN晶體管導通的正向偏置電壓,造成寄生晶閘管的自鎖。
在IGBT中,在有過電流流過時,日韩国产成人通過控製門極來阻斷過電流,從而進行保護。但是,一旦可控矽觸發,由於可控矽不會由於門極的阻斷信號等而進行自動消弧,因此此時的IGBT不可能關斷,最終導致IGBT因過電流而損壞。
那麽日韩国产成人可以怎麽樣來防止或者說是減小擎住效應呢?
一般有以下幾種技術:
采用難以產生擎住效應的構造,也就是減小體區擴展電阻Rs。
通過優化n緩衝層的厚度和摻雜來控製PNP晶體管的hFE。
通過導入降低壽命的手段來控製PNP晶體管的hFE。
所以,關於IGBT的實際應用,日韩国产成人是不允許其超安全工作區域的,針對這個,日韩国产成人采用了很多保護手段。所以,每個元器件,有的時候日韩国产成人考慮的隻是日韩国产成人需要觀察的,但是其背後的故事則會告訴日韩国产成人,為什麽日韩国产成人應該這樣去考量。
從原材料到成品IGBT,這個過程經曆了太多環節,每個環節都很重要,這才有了滿足日韩国产成人需求的各類元器件。
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