什么是IGBT

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），即绝缘栅双极型晶体管，是一种由双极型三极管（BJT）和绝缘栅型场效应管（MOSFET）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。

1. 结构特点
   • IGBT结合了MOSFET的高输入阻抗、快速的开关速度和BJT的低导通压降、高电流密度等优点。它的结构类似于MOSFET，具有一个绝缘栅极，但在导通时又表现出类似BJT的特性。
   • 从物理结构上看，IGBT是在功率MOSFET的漏极上附加了一个P + 层，从而形成了一个PN结。这个结构使得IGBT在正向导通时，有类似BJT的载流子注入效应，降低了导通电阻。
2. 工作原理
   • 导通：当在IGBT的栅极 - 发射极之间施加正向电压时，栅极下的P型半导体层形成反型层（电子积累层），这就像MOSFET一样形成了一个导电沟道。然后，电子从发射极注入到N - 层，同时，由于PN结的正向偏置，P + 层向N - 层注入空穴。这些载流子的注入使得IGBT的导通电阻很低，从而实现大电流的导通。
   • 关断：当栅极 - 发射极之间的电压为零或负向时，导电沟道消失，电子和空穴的注入停止，IGBT开始关断。由于IGBT内部存在少数载流子的存储效应，关断过程相对复杂，需要一定的时间来清除存储的载流子。
3. 性能特点
   • 低导通损耗：由于其特殊的结构和工作原理，IGBT在导通状态下具有较低的电压降，这使得在大电流应用场景下，其导通损耗较小。
   • 高输入阻抗：像MOSFET一样，IGBT的栅极是绝缘的，所以它具有高输入阻抗，只需要较小的栅极驱动电流就能控制其导通和关断。
   • 快速开关速度：虽然不如MOSFET那么快，但相对于传统的BJT，IGBT具有较快的开关速度，这有助于提高电路的工作频率和效率。
4. 应用领域
   • 电力电子变换：在各种电力电子变换器中广泛应用，如变频器、逆变器等。在交流电机调速系统中，IGBT变频器可以将固定频率、固定电压的交流电转换为可变频率、可变电压的交流电，从而实现电机的调速。
   • 不间断电源（UPS）：用于将电池的直流电转换为交流电，为负载提供不间断的电力供应。
   • 新能源领域：在太阳能光伏发电系统和风力发电系统中，IGBT用于将直流电转换为交流电，实现并网发电。同时，在电动汽车的电机驱动系统和电池管理系统中也有广泛应用。
   • 工业加热与焊接：例如在感应加热设备、电焊机等工业设备中，IGBT能够有效地控制电流和功率，实现高效的加热和焊接操作。

IGBT是一种复合型功率半导体器件，结合了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）的优点。它广泛应用于电力电子领域，特别是在高电压、大电流的开关应用中

IGBT由三层半导体材料组成：N型区、P型区和N型区（NPN结构）。它有一个MOSFET的栅极（Gate）、一个BJT的集电极（Collector）和一个发射极（Emitter）。栅极通过绝缘层与半导体材料隔离，因此称为“绝缘栅”。

当栅极施加正电压时，MOSFET部分导通，形成导电沟道，允许电流从集电极流向发射极。同时，BJT部分被激活，进一步放大电流，从而实现高电流的导通。当栅极电压移除时，IGBT关闭，电流停止流动

IGBT可以承受较高的电压（通常为600V至6500V），适合高压应用。

高电流能力，能够处理较大的电流，适合大功率应用。

其实IGBT在导通状态下，IGBT的电压降较低，减少了能量损耗。

虽然不如MOSFET快，但比传统的BJT快得多，适合高频开关应用。

栅极驱动电路简单，类似于MOSFET。

IGBT一般可以应用于电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）：用于电机驱动、逆变器和充电系统。

有点像mos，但是比MOS的功率要大

其实IGBT在导通状态下，IGBT的电压降较低，减少了能量损耗。

很有用的资料，学到很多

lix1yr 发表于 2025-1-22 08:35
虽然不如MOSFET快，但比传统的BJT快得多，适合高频开关应用。

速度差别多大

l1uyn9b 发表于 2025-1-21 19:30
IGBT可以承受较高的电压（通常为600V至6500V），适合高压应用。

适用于高电压大功率

IGBT能够有效地控制电流和功率，实现高效的加热和焊接操作。

物理结构上，IGBT是在功率MOSFET的漏极上附加一个P+层，形成了一个PN结。