在使用IGBT模塊時(shí),盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分,當(dāng)要觸摸模塊端子時(shí),要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后,再觸摸; 在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí),在配線(xiàn)未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊; 盡量在底板良好接地的情況下操作。 在應(yīng)用中有時(shí)雖然了柵驅(qū)動(dòng)電壓沒(méi)有超過(guò)柵大額定電壓,但柵連線(xiàn)的寄生電感和柵與集電間的電容耦合,也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此,通常采用雙絞線(xiàn)來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào),以減少寄生電感。在柵連線(xiàn)中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。
此外,在柵—發(fā)射間開(kāi)路時(shí),若在集電與發(fā)射間加上電壓,則隨著集電電位的變化,由于集電有漏電流流過(guò),柵電位升高,集電則有電流流過(guò)。這時(shí),如果集電與發(fā)射間存在高電壓,則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。
由于IGBT在電能轉(zhuǎn)換中扮演的重要角色,它能夠?yàn)楦鞣N高電壓和大電流應(yīng)用提供更高的效率和節(jié)能效果,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、新能源、變頻家電等領(lǐng)域。特別是在新能源汽車(chē)中,IGBT 模塊占電動(dòng)車(chē)整車(chē)成本約5%左右,是除電池之外成本第二高的元件。根據(jù)IHS預(yù)測(cè),全球汽車(chē)電動(dòng)化用IGBT模塊未來(lái)5年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)23.5%。目前國(guó)內(nèi)IGBT供需差距,國(guó)產(chǎn)量?jī)H為市場(chǎng)銷(xiāo)量的七分之一。
2018 年 IGBT 模塊需求量為7898萬(wàn)只,但是國(guó)內(nèi)產(chǎn)量只有1115萬(wàn)只,供需缺口。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露,IGBT整體市場(chǎng)規(guī)模會(huì)保持每年10%以上的增長(zhǎng)速度,主要受益于新能源汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。但是國(guó)產(chǎn)IGBT的增長(zhǎng)速度會(huì)遠(yuǎn)此,以上市公司斯達(dá)半導(dǎo)體為例,2016年至2018年,連續(xù)保持45%以上的增長(zhǎng)率。國(guó)內(nèi)諸多公司以IGBT為主營(yíng)業(yè)務(wù)的公司實(shí)現(xiàn)了高速增長(zhǎng)。
上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中常給出的漏極電流開(kāi)通時(shí)間ton 即為td (on) tri 之和,漏源電壓的下降時(shí)間由tfe1 和tfe2 組成。
IGBT的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負(fù)向電壓,柵極電壓可由不同的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生。當(dāng)選擇這些驅(qū)動(dòng)電路時(shí),基于以下的參數(shù)來(lái)進(jìn)行:器件關(guān)斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。因?yàn)镮GBT柵極- 發(fā)射極阻抗大,故可使用MOSFET驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行觸發(fā),不過(guò)由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大,故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)該比許多MOSFET驅(qū)動(dòng)電路提供的偏壓更高。
IGBT在關(guān)斷過(guò)程中,漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因?yàn)镸OSFET關(guān)斷后,PNP晶體管的存儲(chǔ)電荷難以迅速消除,造成漏極電流較長(zhǎng)的尾部時(shí)間,td(off)為關(guān)斷延遲時(shí)間,trv為電壓Uds(f)的上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中常常給出的漏極電流的下降時(shí)間Tf由圖中的t(f1)和t(f2)兩段組成,而漏極電流的關(guān)斷時(shí)間
t(off)=td(off)+trv十t(f)
式中:td(off)與trv之和又稱(chēng)為存儲(chǔ)時(shí)間。
IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于MOSFET,但明顯GTR。IGBT在關(guān)斷時(shí)不需要負(fù)柵壓來(lái)減少關(guān)斷時(shí)間,但關(guān)斷時(shí)間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。IGBT的開(kāi)啟電壓約3~4V,和MOSFET相當(dāng)。IGBT導(dǎo)通時(shí)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。
正式商用的IGBT器件的電壓和電流容量還很有限,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足電力電子應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的需求;高壓領(lǐng)域的許多應(yīng)用中,要求器件的電壓等級(jí)達(dá)到10KV以上,目前只能通過(guò)IGBT高壓串聯(lián)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓應(yīng)用。國(guó)外的一些廠(chǎng)家如瑞士ABB公司采用軟穿通原則研制出了8KV的IGBT器件,德國(guó)的EUPEC生產(chǎn)的6500V/600A高壓大功率IGBT器件已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用,日本東芝也已涉足該領(lǐng)域。與此同時(shí),各大半導(dǎo)體生產(chǎn)廠(chǎng)商不斷開(kāi)發(fā)IGBT的高耐壓、大電流、高速、低飽和壓降、高可靠性、低成本技術(shù),主要采用1um以下制作工藝,研制開(kāi)發(fā)取得一些新進(jìn)展。2013年9月12日 我國(guó)的高壓大功率3300V/50A IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)芯片及由此芯片封裝的大功率1200A/3300V IGBT模塊通過(guò),中國(guó)自此有了完全自主的IGBT“中國(guó)芯”。