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認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體晶閘管晶閘管又被稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅。1957年美國通用電氣公司開發(fā)出世界上第1款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化。晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，形成三個(gè)PN結(jié)，分別稱：陽極，陰極和控制極。圖1晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管在工作過程中，它的陽極（A）和陰極（K）與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路。晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。工作過程加正向電壓且門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才導(dǎo)通，這是晶閘管的閘流特性，即可控特性。若晶閘管承受反向陽極電壓時(shí)，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于反向阻斷狀態(tài)。晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。晶閘管的種類1．雙向晶閘管雙向晶閘管有極外G，其他兩個(gè)極稱為主電極Tl和T2。結(jié)構(gòu)是一種N—P—N—P—N型五層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。雙向晶閘管不象普通晶閘管那樣，必須在陽極和陰極之間加上正向電壓，管子才能導(dǎo)通。它無所謂陽極和陰極，不管觸發(fā)信號(hào)的極性如何，雙向晶閘管都能被觸發(fā)導(dǎo)通。這個(gè)特點(diǎn)是普通晶閘管所沒有的。2．快速晶閘管人們?cè)谄胀ňчl管的制造工藝和結(jié)構(gòu)上采取了一些改進(jìn)措施。在IGBT導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)，Id與Ugs呈線性關(guān)系。天津哪里有SEMIKRON西門康IGBT模塊推薦貨源

[1]維持電流I：是指晶閘管維持導(dǎo)通所必需的**小電流，一般為幾十到幾百毫安。IH與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則I越小。擎住電流I：是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的**小電流。對(duì)同一晶閘管來說，通常I約為I的2～4倍。[1]浪涌電流I：浪涌電流是指由于電路異常情況引起的使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性**大正向過載電流。斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt：是指在額定結(jié)溫、門極開路的情況下，不能使晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓**大上升率。通態(tài)電流臨界上升率di/dt：指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受的**大通態(tài)電流上升率。如果di/dt過大，在晶閘管剛開通時(shí)會(huì)有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞。[1]觸發(fā)技術(shù)晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，使得晶閘管在需要時(shí)正常開通。晶閘管觸發(fā)電路必須滿足以下幾點(diǎn)要求：①觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)足夠?qū)捠沟镁чl管可靠導(dǎo)通；②觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)一些溫度較低的場合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件**大觸發(fā)電流的3～5倍，脈沖的陡度也需要增加，一般需達(dá)1～2A/μs；③所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額。青海哪里有SEMIKRON西門康IGBT模塊哪家好IGBT的開關(guān)速度低于MOSFET，但明顯高于GTR。

使正向電流低于維持電流IH，或施以反向電壓強(qiáng)迫關(guān)斷。這就需要增加換向電路，不*使設(shè)備的體積重量增大，而且會(huì)降低效率，產(chǎn)生波形失真和噪聲?？申P(guān)斷晶閘管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點(diǎn)，以具有自關(guān)斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開關(guān)器件。GTO的容量及使用壽命均超過巨型晶體管（GTR），只是工作頻率比GTR低。目前，GTO已達(dá)到3000A、4500V的容量。大功率可關(guān)斷晶閘管已***用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力?？申P(guān)斷晶閘管也屬于PNPN四層三端器件，其結(jié)構(gòu)及等效電路和普通晶閘管相同，因此圖1*繪出GTO典型產(chǎn)品的外形及符號(hào)。大功率GTO大都制成模塊形式。盡管GTO與SCR的觸發(fā)導(dǎo)通原理相同，但二者的關(guān)斷原理及關(guān)斷方式截然不同。這是由于普通晶閘管在導(dǎo)通之后即處于深度飽和狀態(tài)，而GTO在導(dǎo)通后只能達(dá)到臨界飽和，所以GTO門極上加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)即可關(guān)斷。GTO的一個(gè)重要參數(shù)就是關(guān)斷增益，βoff，它等于陽極**大可關(guān)斷電流IATM與門極**大負(fù)向電流IGM之比，有公式βoff=IATM/IGMβoff一般為幾倍至幾十倍。βoff值愈大，說明門極電流對(duì)陽極電流的控制能力愈強(qiáng)。很顯然，βoff與昌盛的hFE參數(shù)頗有相似之處。

分兩種情況：②若柵-射極電壓UGE＜Uth，溝道不能形成，IGBT呈正向阻斷狀態(tài)。②若柵-射極電壓UGE＞Uth，柵極溝道形成，IGBT呈導(dǎo)通狀態(tài)（正常工作）。此時(shí)，空穴從P+區(qū)注入到N基區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減少N基區(qū)電阻RN的值，使IGBT通態(tài)壓降降低。IGBT各世代的技術(shù)差異回顧功率器件過去幾十年的發(fā)展，1950-60年代雙極型器件SCR,GTR,GTO，該時(shí)段的產(chǎn)品通態(tài)電阻很??；電流控制，控制電路復(fù)雜且功耗大；1970年代單極型器件VD-MOSFET。但隨著終端應(yīng)用的需求，需要一種新功率器件能同時(shí)滿足：驅(qū)動(dòng)電路簡單,以降低成本與開關(guān)功耗、通態(tài)壓降較低，以減小器件自身的功耗。1980年代初,試圖把MOS與BJT技術(shù)集成起來的研究，導(dǎo)致了IGBT的發(fā)明。1985年前后美國GE成功試制工業(yè)樣品（可惜后來放棄）。自此以后，IGBT主要經(jīng)歷了6代技術(shù)及工藝改進(jìn)。從結(jié)構(gòu)上講，IGBT主要有三個(gè)發(fā)展方向：1）IGBT縱向結(jié)構(gòu)：非透明集電區(qū)NPT型、帶緩沖層的PT型、透明集電區(qū)NPT型和FS電場截止型；2）IGBT柵極結(jié)構(gòu)：平面柵機(jī)構(gòu)、Trench溝槽型結(jié)構(gòu)；輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。

對(duì)其在脈沖脈沖功率電源領(lǐng)域中的應(yīng)用研究很少，尚處于試驗(yàn)探索階段。[1]在大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件中，晶閘管是具有**高耐壓容量與**大電流容量的器件。國內(nèi)外主要制作的大功率晶閘管都是應(yīng)用在高壓直流輸電中。所制造出的大功率晶閘管，**大直徑可達(dá)6英寸，單閥片耐壓值**高可達(dá)11KV，的通流能力**高可達(dá)4500A。在該領(lǐng)域比較**的有瑞士的ABB以及國內(nèi)的株洲南車時(shí)代。[1]為提高晶閘管的通流能力、開通速度、di/dt承受能力，國外在普通晶閘管的基礎(chǔ)上研制出了兩種新型的晶閘管：門極關(guān)斷晶閘管GTO以及集成門極換流晶閘管IGCT。這兩種器件都已經(jīng)在國外投入實(shí)際使用。其中GTO的單片耐壓可達(dá)，工況下通流能力可達(dá)4kA，而目前研制出的在電力系統(tǒng)中使用的IGCT的**高耐壓可達(dá)10kV，通流能力可達(dá)。[1]針對(duì)脈沖功率電源中應(yīng)用的晶閘管，國內(nèi)還沒有廠家在這方面進(jìn)行研究，在國際上具有**技術(shù)的是瑞士ABB公司。他們針對(duì)脈沖功率電源用大功率晶閘管進(jìn)行了十?dāng)?shù)年的研究。目前采用的較成熟的器件為GTO，其直徑為英寸，單片耐壓為，通常3個(gè)閥片串聯(lián)工作?？梢猿惺艿碾娏鞣逯禐?20kA/90us，電流上升率di/dt**高可承受。門極可承受觸發(fā)電流**大值為800A，觸發(fā)電流上升率di/dt**大為400A/us。在截止?fàn)顟B(tài)下的IGBT，正向電壓由J2結(jié)承擔(dān)，反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。湖北哪里有SEMIKRON西門康IGBT模塊推薦貨源

IGBT在關(guān)斷時(shí)不需要負(fù)柵壓來減少關(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。天津哪里有SEMIKRON西門康IGBT模塊推薦貨源

不論漏極-源極電壓VDS之間加多大或什么極性的電壓，總有一個(gè)pn結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏、源極間沒有導(dǎo)電溝道，器件無法導(dǎo)通。但如果VGS正向足夠大，此時(shí)柵極G和襯底p之間的絕緣層中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場，方向從柵極指向襯底，電子在該電場的作用下聚集在柵氧下表面，形成一個(gè)N型薄層(一般為幾個(gè)nm)，連通左右兩個(gè)N+區(qū)，形成導(dǎo)通溝道，如圖中黃域所示。當(dāng)VDS＞0V時(shí)，N-MOSFET管導(dǎo)通，器件工作。了解完以PNP為例的BJT結(jié)構(gòu)和以N-MOSFET為例的MOSFET結(jié)構(gòu)之后，我們?cè)賮砜碔GBT的結(jié)構(gòu)圖↓IGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)及符號(hào)黃塊表示IGBT導(dǎo)通時(shí)形成的溝道。首先看黃色虛線部分，細(xì)看之下是不是有一絲熟悉之感？這部分結(jié)構(gòu)和工作原理實(shí)質(zhì)上和上述的N-MOSFET是一樣的。當(dāng)VGE>0V，VCE>0V時(shí)，IGBT表面同樣會(huì)形成溝道，電子從n區(qū)出發(fā)、流經(jīng)溝道區(qū)、注入n漂移區(qū)，n漂移區(qū)就類似于N-MOSFET的漏極。藍(lán)色虛線部分同理于BJT結(jié)構(gòu)，流入n漂移區(qū)的電子為PNP晶體管的n區(qū)持續(xù)提供電子天津哪里有SEMIKRON西門康IGBT模塊推薦貨源