IGBT是什么？IGBT的工作原理及IGBT品牌、用途介绍

IGBT是什么？IGBT的工作原理及IGBT品牌、用途介绍

IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种重要的功率半导体器件，广泛应用于电力电子领域。本文将为您详细介绍IGBT的定义、工作原理、用途、类型以及与MOSFET的区别等，帮助您全面了解这一关键技术。

IGBT是什么？

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种分立半导体器件，从本质上结合了MOSFET和双极晶体管的特点。这些功率模块结合了双极晶体管的高电压和电流处理能力以及功率MOSFET的高速开关性能。换句话说，IGBT可以处理具有非常低栅极电流驱动的大电极-发射电流。

IGBT模块具有三个引脚，并由四个交替层控制，由金属氧化物半导体栅极结构控制。它们也是单向的，这意味着它们只能在正向方向上开关电流。这与MOSFET不同，后者具有双向电流开关的能力。

IGBT用途

由于这些模块结合了BJT和MOSFET的优点，因此它们通常用于电源和电机控制电路。它们经常出现在电力电子应用中，仅靠功率MOSFET和晶体管无法满足这些需求。

同样，IGBT模块也通常用作电子开关器件。这是因为它们将快速开关与高效率相结合，非常适合这项任务。当被用作静态控制开关时，IGBT具有类似于双极晶体管的电流和电压额定值。但是，隔离栅极的存在使它们具有优势，因为需要较少的驱动功率。

标准IGBT应用领域包括高电压和中等速度。它们可能包括：

• 可变速控制
• 开关电源（SMPS）
• DC-AC逆变器
• 驱动感性负载
• 脉宽调制（PWM）
• 交流和直流电机驱动
• 变频器
• 牵引电机控制

IGBT的工作原理是什么？

顾名思义，绝缘栅双极晶体管结合了MOSFET和双极晶体管的技术。

名称的第一部分指的是绝缘栅，像MOSFET一样，而第二部分指的是标准双极晶体管的输出性能特性。这表明IGBT器件像MOSFET一样由电压控制，同时保持晶体管的传导特性和输出开关特性。简而言之，IGBT比BJT具有更高的功率增益，比MOSFET具有更低的输入损耗和更高的电压操作能力。它们将PNP晶体管输出和绝缘栅N沟道MOSFET输出结合在一起。

IGBT是具有三个端口的传导模块。这些端口是发射极、集电极和栅极。后者控制器件，而前两者与电流和传导路径相连。

与功率BJT一样，放大量取决于输入和输出信号之间的比值。然而，由于IGBT中的栅极与承载电流的通道隔离，没有输入电流。因此，基极电流由MOSFET提供。

IGBT的结构

IGBT模块由四层半导体组成，这些半导体相互夹层。它们是：

1. P+基板层（靠近集电极端子）
2. N层
3. P层（靠近发射极端子）
4. N+层（在P层内，但并非所有器件都具备）

IGBT类型

IGBT晶体管可以根据N+缓冲层进行分类，如前面所述，这是P层内的一层半导体之一。具有这一层的器件称为穿透型IGBT，而没有这一层的器件称为非穿透型IGBT。

基于这些特征，它们还可以称为对称和非对称IGBT。对称器件的正向和反向击穿电压相等，而非对称器件的反向击穿电压小于正向击穿电压。这就是为什么非对称IGBT通常用于直流电路，因为不需要支持反向电压。

封装和安装类型

根据具体制造商，有各种封装的IGBT可供选择。这也取决于安装类型，例如通孔安装、面板安装或表面贴装。

流行的IGBT品牌和制造商包括：

常见问题解答

什么是 IGBT 的优势？

由于其混合式配置，使用 IGBT 模块相比其他类型的功率晶体管有许多优势。其中包括：

• 高电压能力
• 驱动简单
• 低导通功率消耗
• 低电阻
• 开关速度快

IGBT 和 MOSFET 有什么区别？

尽管 MOSFET 和 IGBT 是类似的元件，但两种晶体管也存在关键的差异。以下是 IGBT 和 MOSFET 的一些主要区别：

对于高压应用，IGBT 功率模块比 MOSFET 更受欢迎，因为它们是专门构造用于高压下运行的。具体而言，IGBT 的典型电压等级约为 1400V，而 MOSFET 的电压等级则低得多，约为 600V。

尽管两种器件类型的结构相似，但两者也有不同的引脚，IGBT 的三个引脚（发射极、集电极、栅极）与 MOSFET 的三个引脚（源极、漏极、栅极）不同。

您可以在下表中看到两种器件类型之间的比较：

如何控制 IGBT？

IGBT 晶体管可以通过激活或关闭栅极来打开或关闭。对于导通状态，必须在栅极上施加正输入电压，以发出信号使发射极保持在设备上。由于这些器件是电压控制的，因此只需要在栅极上施加小电压即可通过 IGBT 模块维持导电。对于关断状态，改变输入栅极以接收零电信号或负信号将会触发设备关闭。

如何测试 IGBT？

IGBT 测试非常重要，以确保器件和二极管状况良好。测试还可以确定栅极终端是否正确绝缘。

使用万用表可以轻松测试 IGBT 模块，但如果需要更全面的电路诊断，则始终建议咨询专业人士。您还应该注意，这些模块对 ESD 非常敏感，因此在处理 IGBT 晶体管时应始终使用防静电保护设备。