一种绝缘栅双极型晶体管——IGBT
时间：2024-07-09 阅读：156
什么是IGBT？
IGBT是指绝缘栅双极型晶体管。 IGBT的缩写代表“绝缘栅双极型晶体管”，IGBT的结构是PNP双极型晶体管，是在MOSFET中添加了P型半导体。
换句话说，等效电路可以被认为是输入部分具有 N 沟道 MOSFET 且输出部分具有 PNP 双极晶体管的复合晶体管电路配置。另一方面，由于可以说在双极晶体管部分的基础上具有MOSFET结构，因此具有能够以小电流产生非常大的输出电流的特性。
它是一种高性能半导体，比它所基于的 MOSFET 具有更高的耐压性和更低的损耗。它还具有产生热量较少的优点。 IGBT是日本20世纪80年代开发的半导体，当时的结构称为穿通型。
近年来，晶圆工艺的进步导致进一步小型化和低成本，并且正在制造非穿通结构和场截止型的IGBT器件。
IGBT的使用
典型应用包括变速驱动器和电源转换器，因为它们即使在高功率工作条件下也能保持高速。 IGBT的应用范围很广，大型产品用于逆变器，控制混合动力汽车、电动汽车、火车等车辆中的高输出三相电机。
还广泛应用于IH炊具、洗衣机、空调变频电路、打印机等大型家电的电源控制。随着近年来节能技术的进步，能够减少功率损耗的IGBT正在被越来越多的应用。
IGBT原理
正如开头所解释的，IGBT 具有输入部分为 MOSFET、输出部分为双极晶体管的结构，并且具有结合了各自特性的特性。 IGBT具有在MOSFET中添加P型半导体的结构，其载流子有电子和空穴两种类型。
由于有两种类型的载流子，因此开关速度比MOSFET慢，但比双极晶体管快，并且耐压比MOSFET提高。当从作为端子输入部分的栅极施加电压时，电流从MOSFET流出，当电流传导到P型半导体时，双极晶体管的特性是它可以放大微小的电流。电流量并导致发射极和集电极之间有大电流流动。
此外，与双极晶体管一样，发生电导率调制，因此可以降低导通电阻并可以增加电流密度。由于集电极和发射极之间存在恒定的压降，因此当电流较大时，它们可以比 MOSFET 具有更低的损耗。
有关 IGBT 的其他信息
1. 关于使用 IGBT 的逆变电路
逆变器电路是与交流到直流转换器电路配合使用的直流到交流转换电路。该逆变器电路中使用 IGBT，输出不同电压和频率的交流电。
开关 IGBT、调整 ON 和 OFF 间隔以及调整脉冲宽度。通过生成和整形不同的脉冲波，我们可以使它们更接近正弦波。这称为脉冲宽度调制，这里经常使用 IGBT。
通过使用脉宽调制的变频来改变电机的转速来控制家用电器的功能。广泛应用于空调、冰箱、工业电机、电脑电源等家用电器。
2. IGBT和MOSFET的区别
IGBT 通常被描述为结合了 MOSFET 和 BJT（双极结晶体管）最佳特性的器件，但与 MOSFET 相比，它们实际上有一些缺点。由于 IGBT 因其结构而具有偏置启动电压，因此 MOSFET 器件通常具有较低的 Vds，尤其是在低电流范围内。
IGBT 是专注于中高电流范围的器件，因此在此范围内它们表现出比 MOSFET 更低的导通电阻，但在低功率范围内的效率很重要的应用中，MOSFET 是更优选的特性。 。不用说，在Vds小于1V的区域，MOSFET在Vds = 2V以下的效率方面更胜，而IGBT在更高电压下更胜。
3、关于IGBT模块
由于 IGBT 是复杂的器件，因此需要花费精力来组装它们，以便从头开始控制其运行。因此，将信号处理、放大器电路、保护电路、寄生二极管等控制部分组合成复合模块的IGBT模块得到广泛商业化。
IGBT 是一种晶体管，如果超出 SOA（安全操作区）或绝对最大额定值，很容易被损坏，因此有些具有内置保护电路。 IGBT的开发是为了同时实现高击穿电压和开关速度，并且多年来一直在改进，但使用SiC和GaN等新型化合物半导体材料的功率半导体器件最近开始被引入该功率器件领域。
这些下一代功率半导体器件能够实现比 IGBT 更快的开关操作，并且具有优异的耐压性，因此近年来研究和开发变得越来越活跃。但仍有一些问题需要克服，例如成本和供应问题，并且它不会取代当前所有的IGBT市场领域，暂时仍将继续分离。