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RC-IGBT(逆导IGBT)

逆导IGBT(Reverse Conducting IGBT ,RC-IGBT)被不同的制造商生产和发展,这时IGBT 和二极管模块能承受同样的电流密度的冲击。它发展的目标是取代反向并联的续
流二极管,并有下列优势:
- 提高了单位面积的功率
- 改善了并联连接效果
- 加大了二极管和IGBT 的电阻比值Rth(j-c)
- 减少了芯片的温度脉动
- 提高了对最佳热敏模块设计的自由度
图2.4.14 给出了一个ABB 公司用SPT 设计的RC-IGBT 的原理图。IGBT 的基本结构是在集电极的p 区嵌入一个n 型半导体材料。这样就如同增加了反向二极管的功能,MOSFET 就增加了反向导通性。
RC-IGBT 的结构
从IGBT p+集电极区注入的空穴肯定会产生小的电压和电流。通过不同结构形式的措施将在整个工作温度区域达到较小功耗和二极管软性恢复特性,避免锁定效应。这样就需要和准确的调整p 区以及p+/n+集电极区的掺杂浓度。为了取得一个较低的注入效果,单元设计的发射极不是高掺杂度的p+半导体,而是具有精巧结构的p 半导体区。通过移植或者是质子照射来控制p 载流子,就能在对电压没什么太大的影响下,降低二极管的关断损耗和 IGBT 的功耗。进一步的降低二极管的关断损耗的可能性是引进MOS 控制的二极管((Bimode Insulatet Gate Transistor BIGT)。当今RC-IGBT 的耐压在600V 到3300V。改进的主要问题是二极管的关断特性。
ESBT
在较高开关频率和较高电压使用的发射极开关双极晶体管(Emitter Switched BipolarTransistor, ESBT)不是IGBT,而是一个npn 双极型晶体管和单片功率MOSFET 级联电路。图2.4.15 给出了他的结构和等效电路。
ESBT 的结构和等效电路
在八十年代就有用零散元器件和混合集成电路,把一个低压MOSFET 和高压的双极晶体管连接,构成共栅共源电路。MOSFET 在双极晶体管的发射极回路中(串联结构)。在开通状态时,双极晶体管和MOSFET 导通。所以ESBT 的通态压降就是低压MOSFET 和高压的双极晶体管导通时电压降的总和。
通过MOSFET 的栅极来控制ESBT,双极晶体管的基极总是通过一个电阻,与一个电压源相连。在关断时,MOSFET 断开了在双极晶体管发射极回路,集电极电流在关断时,经过基极流到驱动电压源,直到所有存储在双极晶体管内的电荷被释放掉或被再结合,集电极电流就停止。因为发射极在MOSFET 关断时被断开,所以不会产生对双极结构的二次击穿,RBSOA 的极限值范围(见第3.3.4 章)相比基极电流控制的开关要大,直到二极管的集电极-基极电压达到极限值VCB0 才关断。MOSFET 的栅极控制信号只需要相对较小的驱动功率。

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