【经验】一文介绍IGBT模块的开关损耗和性能关系

时间： 2022-01-12 来源：SLKOR

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在IGBT的发展中，要求功率开关器件减少损耗，提高效率，改善性能。开关器件的损耗可以分为两类，一类是导通状态正常(on-state)的器件损耗。另一个是从导通状态到关断状态(从关断状态到导通状态)的开关损耗。IGBT的主要技术特性是集电极-发射极饱和电压VCE(sat)特性和开关特性tf(关断时间toff和导通时间ton之和)。IGBT的击穿性能取决于阻塞性能、短路性能、di/dt和dv/dt性能。本文SLKOR主要介绍IGBT模块的开关损耗和性能关系。

图 1

(1)改善开关特性的技术
为改善开关特性而开发的技术主要是优化浓度和层厚度，减少成为载流子的空穴，并减少IGBT独特的集电极电流拖尾。通过优化单元图形，降低了输入阻抗RG，增加了功率MOSFET部分栅极的充放电时间。在提高功率器件速度的基础上，采用的技术是缩短载体的寿命。作为寿命限制的方法，常用的有重金属扩散法和电子射线照射法。通过控制寿命，可以控制IGBT集电极电流Ic的关断特性，减小功率MOSFET部分的栅电容，可以使充放电时间达到高速。

(2)减少VCE技术
降低VCE(sat)的技术是通过优化层的浓度、厚度和深度来降低电阻部分，并借助精细化来提高单位面积的电流密度，从而优化Lg与Ls的比值，扩大功率MOSFET反型层(沟道)的单位芯片面积，降低沟道电阻。通过使用改进的开关特性技术和增加寿命限制，可以加速开关特性。在IGBT，VCE(sat)和开关特性tf呈相关关系。在生命时间控制的帮助下，可以在这种关联关系中找到任何需要的工作状态。

(3)提高性能的技术
为了改善IGBT的击穿性能，采用了IGBT性能改善技术，抑制了IGBT内部寄生NPN晶体管的工作以及IGBT内部电场和电流的集中，从而改善了IGBT的击穿性能。

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