IGBT的案例
MOSFET與IGBT的區別
1、由于MOSFET的結構，通常它可以做到電流很大，可以到上KA，但耐壓能力沒有IGBT強。
2、IGBT可以做很大功率，電流和電壓都可以，就是一點頻率不是太高，目前IGBT硬開關速度可以到100KHZ，那已經是不錯了。不過相對于MOSFET的工作頻率還是九牛一毛，MOSFET可以工作到幾百KHZ，上MHZ，以至幾十MHZ。
3、就其應用：根據其特點MOSFET應用于開關電源,鎮流器,高頻感應加熱；高頻逆變焊機；通信電源等等高頻電源領域；IGBT集中應用于焊機，逆變器，變頻器，電鍍電解電源，超音頻感應加熱等領域。
開關電源(SMPS) 的性能在很大程度上依賴于功率半導體器件的選擇，即開關管和整流器。
雖然沒有萬全的方案來解決選擇IGBT還是MOSFET的問題，但針對特定SMPS應用中的IGBT 和 MOSFET進行性能比較，確定關鍵參數的范圍還是能起到一定的參考作用。
本文將對一些參數進行探討，如硬開關和軟開關ZVS(零電壓轉換) 拓撲中的開關損耗，并對電路和器件特性相關的三個主要功率開關損耗—導通損耗、傳導損耗和關斷損耗進行描述。此外，還通過舉例說明二極管的恢復特性是決定MOSFET 或 IGBT導通開關損耗的主要因素，討論二極管恢復性能對于硬開關拓撲的影響。
導通損耗
除了IGBT的電壓下降時間較長外，IGBT和功率MOSFET的導通特性十分類似。由基本的IGBT等效電路（見圖1）可看出，完全調節PNP BJT集電極基極區的少數載流子所需的時間導致了導通電壓拖尾出現。
展開 功率半導體IGBT失效分析與可靠性研究
采用IGBT 進行功率變換，能夠提高用電效率，提升用電質量，實現30%~40%的節能效果。即使對傳統設備進行IGBT技術改造，平均節電率仍可提升20%。此外，IGBT還是實現能源轉換的關鍵元件，光伏發電、風力發電、太陽能發電等新能源都要借助IGBT產品將電能輸送到電網中[1-4]。
1 分析與生效機理研究
1.1 失效器件無損檢測分析
1.1.1 X-ray透射分析
失效IGBT表面無損傷，萬用表測試1、2、3腳互相短路，X光透射內部IGBT芯片金線焊接等無異常，片芯表面有燒毀點（圖1），分析內部過電損傷導致失效。
圖1 IGBT X光透射圖片
1.1.2 開封解析
對主板失效IGBT進行開封解析，內部片芯表面有擊穿燒痕跡，IGBT失效均為有源區（active area）受到高能量損壞，分析主要為過電擊穿失效，如表1所示。
1.1.3 IGBT結構描述
絕緣柵雙極性晶體管IGBT等效電路如圖2所示。
圖2 IGBT結構描述
1.1.4 失效IGBT應用電路
如圖3， 紅框部分為PFC電路整流濾波部分，C401電容具有濾波和抑制EMI作用，PFC主電路部分由PFC電感L3、IGBT及快恢復二極管D901組成。當IGBT閉合時電感L3充能，IGBT斷開時電感L3釋放電能。IGBT應用電路結構圖如圖3所示。
展開 身為電氣人應該了解的電機IGBT知識！
然而，如果發生短路事件，IGBT集電極電流上升到驅動IGBT退出飽和區并進入線性工作區的電平。這導致集電極-發射極電壓快速升高。
上述正常電壓電平可用來表示存在短路，而去飽和跳變閾值電平通常在7V至9V區域內。重要的是，去飽和還可表示柵極-發射極電壓過低，且IGBT未完全驅動至飽和區。進行去飽和檢測部署時需仔細，以防誤觸發。這尤其可能發生在IGBT尚未完全進入飽和狀態時，從IGBT關斷狀態轉換到IGBT導通狀態期間。消隱時間通常在開啟信號和去飽和檢測激活時刻之間，以避免誤檢。
通常還會加入電流源充電電容或RC濾波器，以便在檢測機制中產生短暫的時間常數，過濾噪聲拾取導致的濾波器雜散跳變。選擇這些濾波器元件時，需在噪聲抗擾度和IGBT短路耐受時間內作出反應這兩者之間進行權衡。
檢測到IGBT過流后，進一步的挑戰便是關閉處于不正常高電流電平狀態的IGBT。正常工作條件下，柵極驅動器設計為能夠盡可能快速地關閉IGBT，以便最大程度降低開關損耗。這是通過較低的驅動器阻抗和柵極驅動電阻來實現的。如果針對過流條件施加同樣的柵極關斷速率，則集電極-發射極的di/dt將會大很多，因為在較短的時間內電流變化較大。
由于線焊和PCB走線雜散電感導致的集電極-發射極電路寄生電感可能會使較大的過壓電平瞬間到達IGBT（因為VLSTRAY = LSTRAY × di/dt）。因此，在去飽和事件發生期間，關斷IGBT時，提供阻抗較高的關斷路徑很重要，這樣可以降低di/dt以及一切具有潛在破壞性的過壓電平。
除了系統故障導致的短路，瞬時逆變器直通同樣會發生在正常工作條件下。此時，IGBT導通要求IGBT驅動至飽和區域，在該區域中導通損耗最低。這通常意味著導通狀態時的柵極-發射極電壓大于12V。
展開 干貨 | 詳解MOS管和IGBT的區別
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由晶體三極管和MOS管組成的復合型半導體器件。
IGBT作為新型電子半導體器件，具有輸入阻抗高，電壓控制功耗低，控制電路簡單，耐高壓，承受電流大等特性，在各種電子電路中獲得極廣泛的應用。
IGBT的電路符號至今并未統一，畫原理圖時一般是借用三極管、MOS管的符號，這時可以從原理圖上標注的型號來判斷是IGBT還是MOS管。
同時還要注意IGBT有沒有體二極管，圖上沒有標出并不表示一定沒有，除非官方資料有特別說明，否則這個二極管都是存在的。
IGBT內部的體二極管并非寄生的，而是為了保護IGBT脆弱的反向耐壓而特別設置的，又稱為FWD（續流二極管）。
判斷IGBT內部是否有體二極管也并不困難，可以用萬用表測量IGBT的C極和E極，如果IGBT是好的，C、E兩極測得電阻值無窮大，則說明IGBT沒有體二極管。
IGBT非常適合應用于如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
3、MOS管與IGBT的結構特點
MOS管和IGBT管的內部結構，如下圖所示：
IGBT是通過在MOSFET的漏極上追加層而構成的。
IGBT的理想等效電路如下圖所示，IGBT實際就是MOSFET和晶體管三極管的組合，MOSFET存在導通電阻高的缺點，但IGBT克服了這一缺點，在高壓時IGBT仍具有較低的導通電阻。
展開 
基于單脈沖試驗的IGBT模型的電壓應力測試分析
關鍵詞：IGBT,單脈沖,電壓應力器
作者：田建平
IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是由MOS（絕緣柵型場效應管）和BJT（雙極型三極管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，IGBT作為功率設備的核心器件，在電力電子設備中有著廣泛的應用[1-2]。市場不僅追求著低成本和高功率密度，對性能和可靠性要求也更高[3-4]。IGBT的開關暫態特性限制著它的最大工作結溫、最大開關頻率、EMC性能、散熱性能、優化電路系統等性能[5]。
為了進一步了解IGBT工作性能，筆者搭建了光伏3代IGBT采用T型三電平拓撲，額定輸出線電壓315V，電流230A，設計輸入電壓范圍500～1000V。目前備選IGBT模塊為英飛凌F3L400R12PT4_B26、西門康SKiM400TMLI12E4B、富士4MBI400VG-120R-50。英飛凌IGBT模塊已經搭建了實驗樣機，初步的測試表明英飛凌IGBT模塊的關斷電壓應力很大。因IGBT橋臂的耐壓為1200V，關斷時只承受一半的母線電壓，電壓應力不是問題。IGBT的鉗位耐壓值為650V( 英飛凌、西門康) 或600V( 富士)，關斷電壓尖峰問題很嚴重[6]。
單脈沖測試原理
本文設計IGBT測試采用單脈沖測試，開通或關斷狀態都能測試。為方便起見，只對T3做單脈沖測試。單脈沖實驗原理示意如圖1和圖2所示。
展開 IGBT全球缺貨成香餑餑，對從業者來說是紅利期到了嗎？
IGBT全球缺貨成香餑餑，對從業者來說是紅利期到了嗎？
IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是一種廣泛應用于電動汽車、太陽能光伏、高速鐵路等領域的高壓功率半導體器件，近期出現了嚴重的供不應求的現象，不僅價格上漲，而且難以采購。據報道，IGBT陷入大缺貨，缺貨問題至少在2024年中前難以解決。此前有消息稱，部分廠商IGBT產線代工價上漲10%。這究竟是什么原因導致的呢？
一、IGBT是什么？
首先，我們先來認識一下IGBT。IGBT是絕緣柵雙極型晶體管的英文縮寫，是一種由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，具有高輸入阻抗和低導通壓降的優點 。IGBT是電力電子裝置的核心器件，廣泛應用于工業、通信、計算機、消費電子、汽車電子、航空航天、國防軍工等領域，以及軌道交通、新能源、智能電網、新能源汽車等戰略性新興產業領域 。
IGBT的工作原理是利用MOS管的柵極溝道來控制BJT的集電極電流，實現對輸出功率的調節。IGBT有三個電極，分別為G-柵極，C-集電極，E-發射極。IGBT的導通和關斷狀態取決于柵-射極電壓UGE和集-射極電壓UCE的大小 。當UGE大于一定的閾值Uth時，MOS管形成溝道，BJT導通，IGBT呈導通狀態；當UGE小于或等于Uth時，MOS管溝道消失，BJT關斷，IGBT呈關斷狀態。當UCE為負值時，IGBT呈反向阻斷狀態。IGBT的開關速度受到BJT的載流子復合時間的影響，因此IGBT一般適用于中低頻率的開關應用。
二、IGBT為什么全球缺貨？
先說結論：IGBT全球缺貨是由市場需求和供應兩方面共同作用的結果，其中新能源汽車和太陽能光伏是主要的驅動因素。
市場需求方面，一是新能源汽車的快速發展。
展開 一文了解IGBT技術基礎和產業知識
總的來說，在技術差距方面有：高鐵、智能電網、新能源與高壓變頻器等領域所采用的IGBT模塊規格在6500V以上，技術壁壘較強；IGBT芯片設計制造、模塊封裝、失效分析、測試等IGBT產業核心技術仍掌握在發達國家企業手中。
近幾年中國IGBT產業在國家政策推動及市場牽引下得到迅速發展，已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整產業鏈，IGBT國產化的進程加快，有望擺脫進口依賴。
受益于新能源汽車、軌道交通、智能電網等各種利好措施，IGBT市場將引來爆發點。希望國產IGBT企業能從中崛起。
展開 一文了解IGBT技術基礎和產業知識
總的來說，在技術差距方面有：高鐵、智能電網、新能源與高壓變頻器等領域所采用的IGBT模塊規格在6500V以上，技術壁壘較強；IGBT芯片設計制造、模塊封裝、失效分析、測試等IGBT產業核心技術仍掌握在發達國家企業手中。
近幾年中國IGBT產業在國家政策推動及市場牽引下得到迅速發展，已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整產業鏈，IGBT國產化的進程加快，有望擺脫進口依賴。
受益于新能源汽車、軌道交通、智能電網等各種利好措施，IGBT市場將引來爆發點。希望國產IGBT企業能從中崛起。
來源：面包板社區
展開 干貨 | 深度剖析IGBT的結構與工作原理
由于N+區存在電導調制效應，所以IGBT的通態壓降小，耐壓1000V的IGBT通態壓降為2～3V 。IGBT處于斷態時，只有很小的泄漏電流存在。
2.動態特性
IGBT在開通過程中，大部分時間是作為MOSFET來運行的，只是在漏源電壓Uds下降過程后期，PNP晶體管由放大區至飽和，又增加了一段延遲時間。td(on)為開通延遲時間，tri為電流上升時間。實際應用中常給出的漏極電流開通時間ton即為td(on)、tri之和。漏源電壓的下降時間由tfe1和tfe2組成。
IGBT的觸發和關斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負向電壓，柵極電壓可由不同的驅動電路產生。當選擇這些驅動電路時，必須基于以下的參數來進行：器件關斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。
因為IGBT柵極—發射極阻抗大，故可使用MOSFET驅動技術進行觸發，不過由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大，故IGBT的關斷偏壓應該比許多MOSFET驅動電路提供的偏壓更高。
IGBT的開關速度低于MOSFET，但明顯高于GTR。IGBT在關斷時不需要負柵壓來減少關斷時間，但關斷時間隨柵極和發射極并聯電阻的增加而增加。IGBT的開啟電壓約3～4V，和MOSFET相當。IGBT導通時的飽和壓降比MOSFET低而和GTR接近，飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。
展開 IGBT總覽：為什么稱之為電力電子行業的“CPU”？
從下游應用領域規模占比來看，2020 年中國 IGBT 市場應用以新能源 汽車、工業控制及消費電子類為主，占比分別為 30%、27%及 22%。
圖表10. 全球 IGBT 市場規模（單位：億美元）
圖表11. 2020 年中國 IGBT 市場下游應用占比
07
市場格局
海外大廠占據主要市場，中國企業追趕空間大
IGBT 市場英飛凌市占率全面領先，2020 年斯達半導躋身 IGBT 模塊 市場前六。根據 Omdia 數據，2020 年 IGBT 分立器件市場及 IGBT 模塊市 場規模前三的企業均為英飛凌、富士電機及三菱。其中英飛凌 IGBT 市場 市占率全面領先，IGBT 分立器件和 IGBT 模塊的市占率分別為 29.3%和 36.5%。
在 IGBT 分立器件市場中，中國企業士蘭微進入全球前十，2020 年市 場份額為 2.6%；在 IGBT 模塊市場中，2020 年斯達半導躋身全球第六，市 場份額為 3.3%。
圖表12. 2020 年全球 IGBT 分立器件市場格局
圖表13. 2020年全球 IGBT 模塊市場格局
08
國內外重點公司布局情況
（1）中國 IGBT 產業鏈
圖表15.
展開 電動汽車 IGBT 芯片技術綜述和展望
2）IGBT 芯片高壓/高溫優化技術的研究。電動汽車動力電池電壓等級在主流 400V 的基礎上呈現上升趨勢，目前已有保時捷、雪佛蘭、菲斯克等多個汽車廠家都已在開發采用 800V 動力電池的電動汽車，其中保時捷 Taycan 已經進入市場；動力電池電壓等級升高對電動汽車 IGBT 芯片的耐壓能力提出了更高的要求。提高 IGBT 芯片工作結溫是提高功率密度，確保電動汽車逆變器可靠運行的關鍵。一方面，通過改進緩沖層摻雜方式，來減小高溫漏電流；另一方面，需要解決電壓回跳問題以推動 RC-IGBT 芯片在電動汽車領域的廣泛使用。
3）多種優化技術組合的探索。IGBT 芯片特性之間相互影響，例如電流密度、開關損耗和短路耐量間存在著復雜的制約關系，僅使用單一技術對IGBT 芯片性能進行改進會帶來新的問題。溝槽精細化、超級結、逆導技術、薄片工藝和終端結構技術的結合為電動汽車 IGBT 芯片實現多種特性的折衷提供了更多的可能。
4）多功能集成技術的研究。進一步提高電動汽車 IGBT 模塊的功率密度，集成化 IGBT 芯片技術是重要手段。通過在芯片上集成部分智能驅動功能，實現運行異常時的自我糾正，電動汽車運行可靠性提高的方案有待進一步探索。
5 結論
經過數十年的發展，硅基 IGBT 芯片元胞和體結構優化技術的不斷成熟，使其已經具有更高的電流密度、可靠性和價格優勢以及更低的功耗。在電動汽車應用領域，IGBT 芯片性能優化的思路基本為：在溝槽精細化的基礎上，采用薄片工藝并優化背面緩沖層設計，再結合優良的終端結構提高芯片耐壓等級；還可將 IGBT 芯片和反并聯二極管整合于一體，形成 RC-IGBT 結構，進一步提升芯片電流密度；同時，芯片上集成溫度/電流傳感器，門極驅動電阻以及 RC 芯片，有利于提高芯片長期運行的可靠性。
展開 
深度剖析：IGBT的結構與工作原理
IGBT的轉移特性是指輸出漏極電流Id與柵源電壓Ugs之間的關系曲線。它與MOSFET的轉移特性相同，當柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th)時，IGBT處于關斷狀態。在IGBT導通后的大部分漏極電流范圍內，Id與Ugs呈線性關系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制， 其最佳值一般取為15V左右。
IGBT的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。IGBT 處于導通態時，由于它的PNP晶體管為寬基區晶體管，所以其B值極低。盡管等效電路為達林頓結構，但流過MOSFET 的電流成為 IGBT總電流的主要部分。
此時，通態電壓 Uds(on)可用下式表示：
Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh
式中 Uj1 —— JI結的正向電壓，其值為 0.7 ～1V ；
Udr —— 擴展電阻Rdr上的壓降；
Roh —— 溝道電阻。
通態電流Ids可用下式表示：
Ids=(1+Bpnp)Imos
式中 Imos —— 流過MOSFET的電流。
由于N+區存在電導調制效應，所以IGBT的通態壓降小，耐壓1000V的IGBT通態壓降為2～3V 。IGBT處于斷態時，只有很小的泄漏電流存在。
展開 功率半導體IGBT主要分類與QA
IGBT 分類
功率器件在大方向的工控和電源領域必不可少的器件，功率器件分成功率二極管、MOS 管、IGBT、碳化硅、氮化鎵，幾大類型當中 IGBT 的角色是最重要的，分類可以分成低壓、中壓、高壓。
1、低壓-1200v 以下，這一塊應用主要集中在消費類電子和光伏逆變
1）消費類電子重點集中在家用電器、白電，再具體一點就是家電都往節能減排方式走，通過變頻的方式，比如變頻空調、冰箱，變頻中 IGBT 是個很關鍵的作用，整個消費類市場變頻也逐漸成熟，家電市場目前處于更新迭代的市場，在 IGBT 的整個市場份額在 25%-27%的占比；
2）光伏逆變，新能源的模塊，光伏逆變近幾年有過波動，前年國家出光伏逆變的政策，對廠商有影響，但是隨著海外市場的崛起轉好。光伏逆變現在趨于成熟，里面多數功率器件還是會采用 IGBT，光伏逆變行業占到 IGBT 的 20%左右，最近幾年的變化不是很大，消費電子和光伏逆變是比較成熟的兩個行業。
2、中壓的 IGBT-1200V-2800V 或 2500v 是中壓的 IGBT
，主要是應用在新能源的電動汽車還有風力發電兩塊，新能源電動汽車 100%來講還是增量市場，對于國內 IGBT 企業還是有待耕耘的市場應用，技術壁壘和技術門檻還比較高，把控在國內比較大的幾家廠商手中，新能源汽車會占到去年 IGBT30%-31%的份額，英飛凌占到新能源汽車 5 成以上的份額。風力發電發展最快的還是在中國，對 IGBT 也有嚴格的要求，客戶相對比較零散，占到 IGBT 體量的 11%左右。
展開 電子器件損耗計算連載之---IGBT模塊熱損耗計算
IGBT 內部結構、等效電路
在 IGBT 模塊中，通常會在 IGBT 兩端反向并聯一個二極管，稱為 FWD（續流二極管）。它的作用是在電路中電壓或電流出現突變時，對電路中其它元件起保護作用，避免激起高壓損壞 IGBT。本文所用 IGBT 模塊采用三相橋電路，三相橋模塊的內部等效電路如圖 a 所示，圖 b 為 IGBT 的電氣符號。
IGBT 模塊三相橋等效電路與 IGBT 電氣符號
由 IGBT 模塊三相橋等效電路可知，每個 IGBT 模塊都包括 U、V、W 三相，且 U、V、W 的每一相都由上下兩個半橋臂組成。IGBT 模塊中的 IGBT 單元和 FWD單元主要工作在開關狀態，在每個開關狀態中，都會產生動態損耗和靜態損耗，IGBT 模塊的損耗組成如下圖所示。
IGBT 模塊損耗組成
IGBT 單元損耗計算
IGBT 芯片的功率損耗主要來自于兩個方面：一是，在飽和開通狀態下通態電阻產生的損耗；二是，在開關過程中電流電壓不同步引起的功耗。
（1）IGBT 通態損耗計算
通態損耗的產生是由于 IGBT 在導通過程存在飽和壓降而產生的損耗，與導通壓降、結溫、電流、占空比有關。IGBT 在一個正弦周期內的平均通態損耗計算公式如下：
式中，Pcond（IGBT）為 IGBT 的通態損耗；uCE（t）為 IGBT 的導通壓降；i（t）為負載電流；τ（t）為 IGBT 的導通時間函數；T為調制周期。
IGBT 在導通時的負載電流函數與壓降函數可表示為：
式中，Tj 為結溫；UCE0（Tj）為閾值電壓；r（Tj）為通態斜率電阻。
展開 MOS管和IGBT管有什么區別？
IGBT作為新型電子半導體器件，具有輸入阻抗高，電壓控制功耗低，控制電路簡單，耐高壓，承受電流大等特性，在各種電子電路中獲得極廣泛的應用。
IGBT的電路符號至今并未統一，畫原理圖時一般是借用三極管、MOS管的符號，這時可以從原理圖上標注的型號來判斷是IGBT還是MOS管。
同時還要注意IGBT有沒有體二極管，圖上沒有標出并不表示一定沒有，除非官方資料有特別說明，否則這個二極管都是存在的。
IGBT內部的體二極管并非寄生的，而是為了保護IGBT脆弱的反向耐壓而特別設置的，又稱為FWD（續流二極管）。
判斷IGBT內部是否有體二極管也并不困難，可以用萬用表測量IGBT的C極和E極，如果IGBT是好的，C、E兩極測得電阻值無窮大，則說明IGBT沒有體二極管。
IGBT非常適合應用于如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
MOS管和IGBT的結構特點
MOS管和IGBT管的內部結構如下圖所示。
IGBT是通過在MOSFET的漏極上追加層而構成的。
IGBT的理想等效電路如下圖所示，IGBT實際就是MOSFET和晶體管三極管的組合，MOSFET存在導通電阻高的缺點，但IGBT克服了這一缺點，在高壓時IGBT仍具有較低的導通電阻。
另外，相似功率容量的IGBT和MOSFET，IGBT的速度可能會慢于MOSFET，因為IGBT存在關斷拖尾時間，由于IGBT關斷拖尾時間長，死區時間也要加長，從而會影響開關頻率。
選擇MOS管還是IGBT？
展開 