IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种功率半导体器件,它具有MOSFET管的高输入阻抗和结型双极型晶体管的低输换电阻,同时又具有普通双极型晶体管的放大特性。IGBT通常被用于高速开关和能耗较低的电路中。IGBT的主要结构是三极管,由NPN双极晶体管和P-MOSFET组合而成,其工作原理是输入信号作用于栅-源结形成的弱沟道上,使其导通。同时,当漏极电压增加到一定程度时,固有正向反馈造成的少数载流子注入二极管区域增强耗散能力并迅速集中,使整个器件迅速变成一个低阻状态。
自激是一种开关电源保持高频振荡并输出高电压电流的方法。可能有人会想到,既然IGBT是一种开关管,那么它是否可以像其他开关管一样自激呢?答案是否定的。
首先,如果一个开关管想要进行自激,必须具备正反馈环路,这个环路一般是由LC振荡电路形成的。尽管IGBT本身具备一定的反馈机制,但是这并不能达到LC振荡电路的要求。
其次,IGBT的结构也限制了其进行自激。IGBT的阻抗非常大,这就意味着在一个自激电路中,IGBT需要承受高电压和高电流。然而,当IGBT处于高电压状态时,栅-源结中的极化电压将会非常高,这将导致反向电压击穿,使得栅源结受损甚至短路,这将导致IGBT失效。
跨越现象是指在IGBT工作时,电流和电压的频率很高,在某些情况下,电流在管子的某个区域集中并形成突发,从而造成管子的失效。在工作条件相同的情况下,IGBT较其他器件更容易出现跨越沟道的现象。
理论上,IGBT的阻抗非常大,使用的控制方法也比较特殊,因此在一些应用领域中,如开关变换器、电机驱动器等,IGBT是不可或缺的器件之一。然而,在实际应用中,由于IGBT接头的设计不够合理,或者由于电容器、电感等器件没有合理选取,导致IGBT出现跨越现象。
为了避免跨越现象的发生,需要从以下几个方面进行考虑:
首先,设计合理的接头和散热器是避免跨越现象的关键。合理的接头设计能够使电流流过整个器件,降低阻抗。合理的散热器则能够降低IGBT的温度,避免跨越现象导致的损坏。
其次,正确选取电容器和电感也至关重要。电容器和电感是控制开关电路能力的重要元素,这些元素应该根据制定的应用条件、电路参数和器件参数进行选择,以实现最优的设计。
最后,合理地摆放IGBT也很重要。IGBT的布局应该遵循“短、粗、宽”的原则,以降低电阻和电容,减少共模电磁干扰。