IGBT的简介及工作原理

IGBT的简介及工作原理

IGBT简介

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。

IGBT也是有三个引脚的器件，三个引脚分别是：栅极G，集电极C极和发射极E极。IGBT 看作 BJT 和 MOS 管的融合体，IGBT具有 MOS 的输入特性和BJT 管的输出特性。与 BJT 或 MOS管相比，绝缘栅双极型晶体管IGBT的优势在于它提供了比标准双极型晶体管更大的功率增益，以及更高的工作电压和更低的 MOS 管输入损耗。IGBT 主要用于放大器，用于通过脉冲宽度调制 (PWM) 切换/处理复杂的波形。

特性与参数

Ø 特性

1.功率特性良好，重复性能优于MOSFET，可实现高效的恒定功率输出。

2. 控制特性佳，输入电压范围较宽，可实现电压控制调节，有效抑制电压波动。

3. 可靠性高，抗电磁干扰能力强、抗温度变化性能好、耐久性高，可长期稳定运行。

4.结构紧凑，体积小，有利于提高系统的自动化程度。

Ø 主要参数：

1.电压范围一般在600V - 6.5kV之间。

2.功率范围一般在1W - 15MW之间。

3.漏电流一般在1mA - 100mA之间。

4. 损耗一般在1W - 15MW之间。

5. 热效应一般在20°C - 150°C之间。

6.反应时间一般在1ns - 50ns之间。

工作原理

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）本质上就是一个电子开关，当我们给G极高电平，它就导通了，相当于开关闭合；当我们给G极低电平，它就会截止，相当于开关断开；看到G极、C极、E极，大家是不是感到非常熟悉？是的，G极，即是MOS管的栅极G极；C极和E极分别是三极管的集电极C极和发射极E极，因为IGBT内部结构是结合了MOS管的低驱动电流特性，三极管低导通电阻这些优势，MOS管是电场驱动器件，当MOS管导通时，它的G极、S极几乎相当于断路，电流极小，所以说MOS管的驱动电流低；三极管饱和导通时，它的C极、E极电阻很小，所以说三极管的导通电阻低。因此IGBT的等效电路符号是集MOS管和三极管两者于一身，当我们给G极低电平时，IGBT就截止，当给G极高电平时，MOS管先导通，然后三极管的C极、E极形成了电流，所以IGBT就导通了，这个就是IGBT的工作原理。

优缺点

Ø 优点

1.控制电路简单，安装和使用方便。

2.负载特性好，控制输出电压、电流均稳定可靠，开关损耗小。

3.比双极型开关管的功率损耗低。

4.可以由小的控制信号，控制较大的电流或电压。

Ø 缺点

1.高压晶体管的散热要求较高，必须采用大的散热器和风扇。

2.操作延时比较大，受温度影响较大，造成开关损耗增大。

3.开关速度慢，一般用于低频电路中。

应用领域

IGBT是能源变换与传输的核心器件，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等电气领域应用广泛。未来以新能源汽车、光伏/风电逆变器、以5G通信、特高压和充电桩为代表的新基建将成为IGBT的Zui大拉动力，有望不断扩大IGBT的市场应用范围。例如：

1.在电力转换中，广泛应用于变压器、换流器、电抗器、电容器、调速器、变流器等设备。

2.在电力控制领域，如发电机控制、高压开关控制、可调节比例控制等方面发挥作用。

3.在工业自动化控制、机器人控制等工业领域有着重要的应用。

4. 由于其高效率、低损耗和可靠性，在电动汽车控制、动力转换和充电系统等方面是关键器件。

5. 在消费电子领域，如电视机、计算机、照明、打印机、台式机、复印机、数码相机等产品中也有应用。