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IGBT的簡介及工作原理

IGBT簡介

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，即絕緣柵雙極型晶體管，是由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， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅動功率小而飽和壓降低。

IGBT也是有三個引腳的器件，三個引腳分別是：柵極G，集電極C極和發(fā)射極E極。IGBT 看作 BJT 和 MOS 管的融合體，IGBT具有 MOS 的輸入特性和BJT 管的輸出特性。與 BJT 或 MOS管相比，絕緣柵雙極型晶體管IGBT的優(yōu)勢在于它提供了比標準雙極型晶體管更大的功率增益，以及更高的工作電壓和更低的 MOS 管輸入損耗。IGBT 主要用于放大器，用于通過脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 切換/處理復雜的波形。

特性與參數(shù)

? 特性

1.功率特性良好，重復性能優(yōu)于MOSFET，可實現(xiàn)高效的恒定功率輸出。

2. 控制特性佳，輸入電壓范圍較寬，可實現(xiàn)電壓控制調(diào)節(jié)，有效抑制電壓波動。

3. 可靠性高，抗電磁干擾能力強、抗溫度變化性能好、耐久性高，可長期穩(wěn)定運行。

4.結構緊湊，體積小，有利于提高系統(tǒng)的自動化程度。

? 主要參數(shù)：

1.電壓范圍一般在600V - 6.5kV之間。

2.功率范圍一般在1W - 15MW之間。

3.漏電流一般在1mA - 100mA之間。

4. 損耗一般在1W - 15MW之間。

5. 熱效應一般在20°C - 150°C之間。

6.反應時間一般在1ns - 50ns之間。

工作原理

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）本質上就是一個電子開關，當我們給G極高電平，它就導通了，相當于開關閉合；當我們給G極低電平，它就會截止，相當于開關斷開；看到G極、C極、E極，大家是不是感到非常熟悉？是的，G極，即是MOS管的柵極G極；C極和E極分別是三極管的集電極C極和發(fā)射極E極，因為IGBT內(nèi)部結構是結合了MOS管的低驅動電流特性，三極管低導通電阻這些優(yōu)勢，MOS管是電場驅動器件，當MOS管導通時，它的G極、S極幾乎相當于斷路，電流極小，所以說MOS管的驅動電流低；三極管飽和導通時，它的C極、E極電阻很小，所以說三極管的導通電阻低。因此IGBT的等效電路符號是集MOS管和三極管兩者于一身，當我們給G極低電平時，IGBT就截止，當給G極高電平時，MOS管先導通，然后三極管的C極、E極形成了電流，所以IGBT就導通了，這個就是IGBT的工作原理。

優(yōu)缺點

? 優(yōu)點

1.控制電路簡單，安裝和使用方便。

2.負載特性好，控制輸出電壓、電流均穩(wěn)定可靠，開關損耗小。

3.比雙極型開關管的功率損耗低。

4.可以由小的控制信號，控制較大的電流或電壓。

? 缺點

1.高壓晶體管的散熱要求較高，必須采用大的散熱器和風扇。

2.操作延時比較大，受溫度影響較大，造成開關損耗增大。

3.開關速度慢，一般用于低頻電路中。

應用領域

IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車與新能源裝備等電氣領域應用廣泛。未來以新能源汽車、光伏/風電逆變器、以5G通信、特高壓和充電樁為代表的新基建將成為IGBT的最大拉動力，有望不斷擴大IGBT的市場應用范圍。例如：

1.在電力轉換中，廣泛應用于變壓器、換流器、電抗器、電容器、調(diào)速器、變流器等設備。

2.在電力控制領域，如發(fā)電機控制、高壓開關控制、可調(diào)節(jié)比例控制等方面發(fā)揮作用。

3.在工業(yè)自動化控制、機器人控制等工業(yè)領域有著重要的應用。

4. 由于其高效率、低損耗和可靠性，在電動汽車控制、動力轉換和充電系統(tǒng)等方面是關鍵器件。

5. 在消費電子領域，如電視機、計算機、照明、打印機、臺式機、復印機、數(shù)碼相機等產(chǎn)品中也有應用。