深度剖析IGBT的工作原理及作用

本文通過(guò)等效電路分析，通俗易懂的講解IGBT的工作原理和作用，并精簡(jiǎn)的指出了IGBT的特點(diǎn)?？梢哉f(shuō)，IGBT是一個(gè)非通即斷的開關(guān)，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。

目前國(guó)內(nèi)缺乏高質(zhì)量IGBT模塊，幾乎全部靠進(jìn)口。絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是高壓開關(guān)家族中最為年輕的一位。由一個(gè)15V高阻抗電壓源即可便利的控制電流流通器件從而可達(dá)到用較低的控制功率來(lái)控制高電流。IGBT的工作原理和作用通俗易懂版：IGBT就是一個(gè)開關(guān)，非通即斷，如何控制他的通還是斷，就是靠的是柵源極的電壓，當(dāng)柵源極加+12V(大于6V,一般取12V到15V)時(shí)IGBT導(dǎo)通，柵源極不加電壓或者是加負(fù)壓時(shí)，IGBT關(guān)斷，加負(fù)壓就是為了可靠關(guān)斷。IGBT沒(méi)有放大電壓的功能，導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線，斷開時(shí)當(dāng)做開路。

IGBT有三個(gè)端子，分別是G,D,S,在G和S兩端加上電壓后，內(nèi)部的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移(半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)，這也是為什么用半導(dǎo)體材料做電力電子開關(guān)的原因)，本來(lái)是正離子和負(fù)離子一一對(duì)應(yīng)，半導(dǎo)體材料呈中性，但是加上電壓后，電子在電壓的作用下，累積到一邊，形成了一層導(dǎo)電溝道，因?yàn)殡娮邮强梢詫?dǎo)電的，變成了導(dǎo)體。如果撤掉加在GS兩端的電壓，這層導(dǎo)電的溝道就消失了，就不可以導(dǎo)電了，變成了絕緣體。IGBT的工作原理和作用電路分析版：IGBT的等效電路如圖1所示。由圖1可知，若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通;若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V,則MOSFET截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。

由此可知，IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定：--IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓;--IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓;--流過(guò)IGBT集電極-發(fā)射極的電流;--IGBT的結(jié)溫。如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓，即驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)低，則IGBT不能穩(wěn)定正常地工作，如果過(guò)高超過(guò)柵極-發(fā)射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞;同樣，如果加在IGBT集電極與發(fā)射極允許的電壓超過(guò)集電極-發(fā)射極之間的耐壓，流過(guò)IGBT集電極-發(fā)射極的電流超過(guò)集電極-發(fā)射極允許的最大電流，IGBT的結(jié)溫超過(guò)其結(jié)溫的允許值，IGBT都可能會(huì)永久性損壞。絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)