芯耀
2415
IGBT晶體管結合了這兩種常見晶體管的優(yōu)點，即MOSFET的高輸入阻抗和高開關速度以及雙極晶體管的低飽和電壓，并將它們組合在一起產(chǎn)生另一種類型的晶體管開關器件，即能夠處理大集電極-發(fā)射極電流，柵極電流驅動幾乎為零。
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)將MOSFET的絕緣柵（因此其名稱的第一部分）技術與傳統(tǒng)雙極晶體管（因此其名稱的第二部分）的輸出性能特征相結合。
這種混合組合的結果是“IGBT晶體管”具有雙極晶體管的輸出開關和導通特性，但像MOSFET一樣受電壓控制。
IGBT 主要用于電力電子應用，例如逆變器、轉換器和電源，而功率雙極和功率 MOSFET 不能完全滿足固態(tài)開關器件的需求。高電流和高電壓雙極型器件是可用的，但它們的開關速度很慢，而功率MOSFET可能具有更高的開關速度，但高電壓和高電流器件價格昂貴且難以實現(xiàn)。
絕緣柵雙極型晶體管器件相對于BJT或MOSFET的優(yōu)勢在于，它提供比標準雙極型晶體管更大的功率增益，并且MOSFET具有更高的工作電壓和更低的輸入損耗。實際上，它是一個與雙極晶體管集成的FET，采用如圖所示的達林頓型配置形式。
絕緣柵雙極晶體管
我們可以看到，絕緣柵雙極晶體管是一種三端跨導器件，它將絕緣柵N溝道MOSFET輸入與以達林頓配置類型連接的PNP雙極晶體管輸出結合在一起。
因此，終端被標記為：Collector、Emitter和Gate。其兩個端子(CE)與通過電流的電導路徑相關聯(lián)，而其第三個端子(G)控制器件。
絕緣柵雙極晶體管實現(xiàn)的放大量是其輸出信號與其輸入信號之間的比率。對于傳統(tǒng)的雙極結型晶體管(BJT)，增益量大約等于輸出電流與輸入電流的比率，稱為Beta。
對于金屬氧化物半導體場效應晶體管或MOSFET，由于柵極與主載流溝道隔離，因此沒有輸入電流。因此，F(xiàn)ET的增益等于輸出電流變化與輸入電壓變化之比，使其成為跨導器件，對于IGBT也是如此。那么我們可以將IGBT視為功率BJT，其基極電流由MOSFET提供。
絕緣柵雙極晶體管可用于小信號放大器電路，其方式與BJT或MOSFET型晶體管大致相同。但由于IGBT結合了BJT的低傳導損耗和功率MOSFET的高開關速度，因此存在一種最佳固態(tài)開關，非常適合電力電子應用。
R ON比等效MOSFET低得多。這意味著對于給定開關電流，雙極輸出結構上的I2 R壓降要低得多。IGBT晶體管的正向阻斷操作與功率MOSFET相同。
當用作靜態(tài)控制開關時，絕緣柵雙極晶體管具有與雙極晶體管相似的額定電壓和電流。然而，IGBT中隔離柵極的存在使得其驅動比BJT簡單得多，因為所需的驅動功率要少得多。
絕緣柵雙極晶體管只需通過激活和停用其柵極端子即可“開啟”或“關閉”。在柵極和發(fā)射極之間施加正輸入電壓信號將使器件保持在“ON”狀態(tài)，而使輸入柵極信號為零或稍微為負將導致其以與雙極晶體管大致相同的方式關閉“OFF”或eMOSFET。IGBT的另一個優(yōu)點是它的通態(tài)溝道電阻比標準MOSFET低得多。
IGBT特性
由于 IGBT是電壓控制器件，因此它只需要柵極上有一個小電壓即可維持器件導通，這與BJT不同，BJT需要連續(xù)提供足夠量的基極電流以維持飽和。
此外，IGBT是一種單向器件，這意味著它只能在“正向”（即從集電極到發(fā)射極）上切換電流，這與具有雙向電流切換功能（正向受控而反向不受控）的MOSFET不同。
絕緣柵雙極晶體管的工作原理和柵極驅動電路與N溝道功率MOSFET非常相似?；緟^(qū)別在于，在IGBT中，當電流流過處于“ON”狀態(tài)的器件時，主傳導通道提供的電阻要小得多。因此，與同等功率MOSFET相比，額定電流要高得多。
使用絕緣柵雙極晶體管的主要優(yōu)點是其高電壓能力、低導通電阻、易于驅動、相對較快的開關速度以及零柵極驅動電流使其成為中等速度的良好選擇、高壓應用，例如脈寬調制 (PWM)、變速控制、開關模式電源或太陽能供電的 DC-AC 逆變器和在數(shù)百千赫范圍內運行的變頻器應用。
下表給出了BJT、MOSFET和IGBT之間的一般比較。
IGBT 比較表
| 設備 特點 |
功率 雙極 |
功率 MOSFET |
IGBT |
| 額定電壓 | 高<1kV | 高<1kV | 非常高 >1kV |
| 目前評級 | 高<500A | 低<200A | 高>500A |
| 輸入驅動 | 電流，h FE 20-200 |
電壓， VGS 3-10V |
電壓，VGE 4-8V |
| 輸入阻抗 | 低 | 高 | 高 |
| 輸出阻抗 | 低 | 中等 | 低 |
| 開關速度 | 慢（uS） | 快（nS） | 中等的 |
| 成本 | 低 | 中等 | 高 |
我們已經(jīng)看到，絕緣柵雙極晶體管是一種半導體開關器件，具有雙極結型晶體管 (BJT) 的輸出特性，但其控制方式類似于金屬氧化物場效應晶體管 (MOSFET)。
IGBT晶體管的主要優(yōu)點之一是簡單性，可以通過施加正柵極電壓將其驅動為“ON”，或者通過使柵極信號為零或略為負來將其切換為“OFF”，從而使其可用于多種應用。切換應用程序。它還可以在其線性有源區(qū)域中驅動，以用于功率放大器。
絕緣柵雙極晶體管具有較低的通態(tài)電阻和傳導損耗，并且能夠在高頻下切換高電壓而不會造成損壞，因此非常適合驅動線圈繞組、電磁體和直流電機等感性負載。
深圳市浮思特科技有限公司，專注在新能源汽車、電力新能源、家用電器、觸控顯示，4大領域，并已有大量的成熟方案儲備，為客戶提供從方案研發(fā)到產(chǎn)品選型采購的一站式服務。
Trinno(特瑞諾）IGBT熱銷品牌型號：
TGAF40N60F2D
TGAF50N60F2DM
TGH60N60F2DS
TGHP75N120FDR等
