一种低功耗IGBT器件及其外围电路

摘要

本发明涉及电子技术，具体的说是涉及一种通过工作点自调节实现低功耗的IGBT及其外围自检测与反馈电路。本发明的原理是：利用IGBT工作时电子电流与空穴电流的比值与Vce和Eoff具有对应关系，通过采样检测IGBT工作时的电子电流与空穴电流的比值，从而反馈控制IGBT的栅压，调节器件的工作点，使器件在实际应用时具有最佳的关断损耗与正向导通压降的折中关系。本发明的有益效果为，通过采样电子电流与空穴电流比值，来反馈调节栅信号，使IGBT的工作点设置在最低能耗点，实现关断损耗和正向导通压降的最佳折中，从而提高了IGBT的综合性能。本发明尤其适用于IGBT器件。

主权项

一种低功耗IGBT器件及其外围电路，包括IGBT器件和外围电路，其特征在于，所述IGBT器件的元胞结构包括主元胞结构和采样元胞结构，所述主元胞结构和采样元胞结构设置在N‑漂移区（3）上，所述漂移区（3）底部设置有P集电区（2），所述P集电区（2）底部设置有阳极金属电极（1）；所述主元胞区包括相互独立的设置在N‑漂移区（3）中的第一P型体区（4）和第二P型体区（5），所述第一P型体区（4）中设置有第一N+发射区（6）、第二N+发射区（8）和第一P+短路区（7），所述第一N+发射区（6）和第二N+发射区（8）分别连接在第一P+短路区（7）的两侧，所述第二P型体区（5）中设置有相连接的第三N+发射区（9）和第二P+短路区（10），所述第一P+短路区（7）上端面设置有第一阴极金属电极（15），所述第二P+短路区（10）上端面设置有第二阴极金属电极（16），所述第二N+发射区（8）上端面设置有第一二氧化硅层（11），所述第一二氧化硅层（11）上端面设置有第一多晶硅栅电极（12），所述第一N+发射区（6）和第三N+发射区（9）的上端面设置有第二二氧化硅层（13），所述第二二氧化硅层（13）上端面设置有第二多晶硅栅电极（14），所述第一阴极金属电极（15）、第二阴极金属电极（16）、第一二氧化硅层（11）、第二二氧化硅层（13）之间通过绝缘介质层（17）相互隔离；所述采样元胞结构包括相互独立的设置在N‑漂移区（3）中的第三P型体区（18）和第四P型体区（19），所述第三P型体区（18）中设置有相连接的第四N+发射区（20）和第三P+短路区（21），所述第四P型体区（19）中设置有相连接的第五N+发射区（22）和第四P+短路区（23），所述第四N+发射区（20）上端面设置有第一电子电流采样电极（24），所述第三P+短路区（21）上端面设置有第一空穴电流采样电极（25），所述第五N+发射区（22）上端面设置有第二电子电流采样电极（27），所述第四P+短路区（23）上端面设置有第二空穴电流采样电极（26），所述第四N+发射区（20）和第五N+发射区（22）之间的上端面设置有第三二氧化硅层（28），所述第三二氧化硅层（28）上端面设置有第三多晶硅栅电极（29），所述第一电子电流采样电极（24）、第一空穴电流采样电极（25）、第二空穴电流采样电极（26）、第二电子电流采样电极（27）和第三多晶硅栅电极（29）之间通过绝缘介质层（17）相互隔离；所述外围电路包括计算模块和栅极电压调节模块，所述计算模块的输入端连接IGBT器件的第一电子电流采样电极（24）、第二电子电流采样电极（27）、第一空穴电流采样电极（25）和第二空穴电流采样电极（26），计算模块的输出端连接栅极电压调节模块的一个输入端，栅极电压调节模块的另一个输入端连接外部电流信号、输出端连接IGBT器件的栅极；其中，计算模块接收IGBT器件输出的电子电流和空穴电流信号，计算两种电流的比值，将电子电流与空穴电流的比值输出到栅极电压调节模块；栅极电压调节模块接收电子电流与空穴电流的比值，同时接收预先设定的IGBT器件工作在最佳状态下的电子空穴比相关的电流信号，根据理想值和实际比值的关系实时调整输出到栅极的驱动电压，使IGBT器件工作在低功耗状态。