从三极管和MOS管到IGBT

只看该作者 · 2023-3-27 13:33

本帖最后由王小琪于 2023-3-24 22:11 编辑

首先先来复习一下三极管和MOS管的知识。
三极管是什么？
三极管是一种半导体器件，也称为晶体管。它由三个区域组成：发射区、基区和集电区。当在基区施加适当的电压时，可以控制从发射区到集电区的电流。三极管是电子设备中最常用的元件之一，用于放大、开关和稳压等电路中。
MOS管是什么？
MOS管是一种金属氧化物半导体场效应晶体管，它是一种电子器件，用于放大、开关、调节电流和电压等。它由金属栅极、绝缘层和半导体基底组成。当栅极施加电压时，它会在绝缘层和半导体基底之间形成一个电场，这个电场会影响半导体中的载流子的运动，从而控制电流的流动。MOS管具有体积小、功耗低、速度快、可靠性高等优点，广泛应用于电子产品中。

如下图，我在电源和负载之间接一个开关，通过不断的开启和关闭这个开关，那么就可以在在负载上得到一个pwm波形。

虽然这个电路看着很简单，但是这个模型有运用在很多地方，譬如我们用到的电动车，实际就是将上图中的开关换成了一个电调，通过调节pwm的频率从而来调节电机的转速，从而可以实现低速和高速的切换。

再譬如说我们每个家庭都有的开空调，它就是先将交流电220V通过全桥整流成直流电，然后通过电容滤波去除毛刺，让直流电更加的平稳，然后通过变频器来调节压缩机，从而实现了空调变频的效果。

现实生活中我们都是用到的“电子开关”，最常用的就是MOS管了，通过单片机直接控制MOS管即可实现开关的效果了，模型如下：
MOS管耐压不高，一般最多也就400V左右。

那么如果遇到下图中的高铁、新能源汽车等应用，电压都非常高，到了几千V，这个时候MOS就不适合了。那么我们就会想到另外一个可以用来做开关管的元器件，即三极管，三极管的耐压可以做到上千V，但是三极管能通过的最大电流又比较小。

那么问题就来了，MOS管电流大、电压小；三极管电流小、电压大。那么将MOS管和三极管做在一起不就得了，实际上IGBT就是这样制造的。
通过将三极管和MOS管结合在一起，就组成了IGBT，这样就可以让IGBT能够承受较大的电流和电压。

综上总结一下IGBT，三极管，MOS管之间的差异：
1.结构不同：IGBT是由一个MOSFET和一个双极PNP晶体管组成，而三极管则是由三个PNP或NPN晶体管组成。而MOS管是由金属氧化物半导体场效应管组成的结构。
2.控制方式不同：IGBT的控制方式是通过控制MOSFET的栅极电压来控制整个器件的导通和截止，而三极管则是通过控制基极电流来控制整个器件的导通和截止。而MOS管的控制电压为栅极电压。
3.电压和电流承受能力不同：IGBT的电压承受能力比三极管高，一般可以承受数百伏的电压，而三极管则一般只能承受几十伏的电压。IGBT的电流承受能力也比三极管高。
4.开关速度不同：IGBT的开关速度比三极管和MOS管慢，但是IGBT的导通电阻比三极管和MOS管小，因此在高频应用中，IGBT比三极管更加适合。

从三极管和MOS管到IGBT

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