一文讀懂IGBT「用途,、結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn),、工作原理」

 在我們實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中流行和最常見(jiàn)的電子器件就是常見(jiàn)的雙極結(jié)晶體管BJT和MOS管,。雖然BJT和MOS管是流行最常見(jiàn)的元器件，但是在一些相對(duì)較高電流的應(yīng)用場(chǎng)景中有時(shí)還是會(huì)受到限制,。這個(gè)時(shí)候,，我們的IGBT就派上用場(chǎng)了,。那什么是IGBT呢？IGBT的作用是什么呢,？IGBT的工作原理,、優(yōu)缺點(diǎn)又有哪些呢？這次我們來(lái)好好了解一下什么是IGBT!

一：什么是IGBT,？

所謂IGBT 其實(shí)便是絕緣柵雙極晶體管的一種簡(jiǎn)稱,，是一種三端半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的器件，可用于多種電子設(shè)備中的高效快速開(kāi)關(guān)的場(chǎng)景中,。通常主要用于放大器以及一些通過(guò)脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 切換/處理復(fù)雜的波形,。

為了方便理解，我們可以把IGBT看作我們很熟悉的BJT和MOS管的融合體,。所以,，不難看出，IGBT具有BJT的輸入特性和MOS管的輸出特性,。但是與BJT或MOS管相比,，絕緣柵雙極型晶體管IGBT的優(yōu)勢(shì)便在于它提供了一個(gè)比標(biāo)準(zhǔn)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,。所以,，IGBT往往有著更好的工作特性。

就像上面說(shuō)的 IGBT 是 BJT 和 MOS管的融合集成體,，所以IGBT 的符號(hào)也代表相同,。如下圖所示：可以看到輸入側(cè)代表具有柵子的 MOS管，輸出側(cè)代表具有集電極和發(fā)射極的 BJT,。集電極和發(fā)射極是導(dǎo)通端子,，柵極是控制開(kāi)關(guān)操作的控制端子。

IGBT的電路符號(hào)與等效電路圖

二：IGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)

為了更好了解IGBT,下面我們?cè)賮?lái)看看它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：一般,，IGBT 有三個(gè)端子：集電極,、發(fā)射極和柵極，他們都是附有金屬層,。但是,，柵子上的金屬材料具有二氧化硅層。IGBT結(jié)構(gòu)其實(shí)就相當(dāng)于是一個(gè)四層半導(dǎo)體的器件,。四層器件是通過(guò)組合 PNP 和 NPN 晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)的,，它們構(gòu)成了 P-N-P-N 排列。如下圖所示,，小編簡(jiǎn)單繪制了一下IGBT的一個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu),。

三：IGBT工作原理

現(xiàn)在我們來(lái)談?wù)処GBT的一個(gè)工作原理，其實(shí)很簡(jiǎn)單,，與我們熟悉的 BJT ,、MOS管類似：

IGBT 的工作原理其實(shí)是通過(guò)不斷激活和停用其柵子來(lái)開(kāi)啟,、關(guān)閉實(shí)現(xiàn)的。

如果正輸入的電壓通過(guò)柵極,，發(fā)射器就會(huì)保持驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)啟。另一方面,，如果 IGBT 的柵的電壓為零或者為負(fù)時(shí),，則就會(huì)關(guān)閉電路應(yīng)用。

正如我們所了解的,，由于 IGBT 既可用作 BJT 又可用作 MOS管,，因此它實(shí)現(xiàn)的放大量是其輸出信號(hào)和控制輸入信號(hào)之間的比率，這也是我們?yōu)槭裁丛谝恍┫鄬?duì)較高電流的應(yīng)用場(chǎng)景中往往選用IGBT的一個(gè)主要原因,。

下面我們?cè)敿?xì)做一個(gè)對(duì)比：相對(duì)于傳統(tǒng)的 BJT,，我們知道增益量與輸出電流與輸入電流的比率大致相同，我們可以將其稱為 Beta 并表示為 β,。

對(duì)于 MOS管,，由于沒(méi)有輸入電流，所以柵子是主通道承載電流的隔離,。通常我們是通過(guò)將輸出電流變化除以輸入電壓變化來(lái)確定 IGBT 的增益,。

小編繪制了一張圖，可以很好地解釋IGBT的工作原理,，描述IGBT整個(gè)器件工作范圍,，如下圖所示：

    IGBT的優(yōu)缺點(diǎn)

    既然IGBT作為一個(gè)兼有BJT和MOS管的整體，所以往往它的優(yōu)缺點(diǎn)其實(shí)也非常明顯,，下面我給大家羅列一下IGBT常見(jiàn)的優(yōu)缺點(diǎn),。

    優(yōu)點(diǎn)：

    1、具有更高的電壓和電流處理能力,。

    2,、高的輸入阻抗。

    3,、可以使用非常低的電壓切換非常高的電流,。

    4、電壓控制裝置,，即它沒(méi)有輸入電流和低輸入損耗,。

    5、柵極驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單且便宜,，降低了柵極驅(qū)動(dòng)的要求

    6,、通過(guò)施加正電壓可以很容易地打開(kāi)它，通過(guò)施加零電壓或稍微負(fù)電壓可以很容易地關(guān)閉它,。

    7,、具有非常低的導(dǎo)通電阻,。

    8、具有高電流密度,，使其能夠具有更小的芯片尺寸,。

    9、具有比BJT和MOS管更高的功率增益,。

    10,、具有比BJT更高的開(kāi)關(guān)速度。

    11,、可以使用低控制電壓切換高電流電平,。

    12、雙極性質(zhì),，增強(qiáng)了傳導(dǎo)性,。

    13、安全可靠,。

    缺點(diǎn)：

    1,、開(kāi)關(guān)速度低于MOS管。

    2,、因?yàn)槭菃蜗虻?，在沒(méi)有附加電路的情況下無(wú)法處理AC波形。

    3,、不能阻擋更高的反向電壓,。

    4、比BJT和MOS管價(jià)格更高,。

    5,、類似于晶閘管的P-N-P-N結(jié)構(gòu)，因此它存在鎖存問(wèn)題,。

上海簡(jiǎn)戶儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產(chǎn)銷售鹽霧箱,、恒溫恒濕機(jī),、冷熱沖擊機(jī)、振動(dòng)試驗(yàn)機(jī),、機(jī)械沖擊機(jī),、跌落試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)儀器的公司，研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營(yíng)各類可靠性環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備,。經(jīng)驗(yàn)豐富,，并得到許多國(guó)內(nèi)外廠商的信賴與支持,。自公司成立以來(lái),多次服務(wù)于國(guó)內(nèi)外大學(xué)和研究所等檢測(cè)機(jī)構(gòu),如清華大學(xué)、蘇州大學(xué),、哈爾濱工業(yè)大學(xué),、北京工業(yè)大學(xué)、法國(guó)申美檢測(cè),、中科院物理所,、中科院，SGS等**單位提供實(shí)施室方案和設(shè)備及其相關(guān)服務(wù),。努力開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體、光電,、光通訊,、航天太空、生物科技,、食品,、化工、制藥等行業(yè)產(chǎn)品所需的測(cè)試設(shè)備裝置,。公司擁有一支的研發(fā),、生產(chǎn)和售後隊(duì)伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù),，每一個(gè)環(huán)節(jié)都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn),。

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