IGBT結(jié)構(gòu)圖_IGBT用在哪里

IGBT，電力電子的CPU！小小功率半導(dǎo)體器件，卻在很多電力電子相關(guān)的領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。近年來(lái)，IGBT發(fā)展迅猛，英飛凌以及日本廠商不斷針對(duì)各類應(yīng)用推出IGBT新品，國(guó)內(nèi)廠商也不甘落后，比如比亞迪，華為等也都加入了IGBT的戰(zhàn)場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。

IGBT如何使用，難倒不少工程師。本文就從0開(kāi)始，一文帶大家徹底讀懂IGBT！

IGBT是什么？

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管），是由BJT（雙極結(jié)型晶體三極管） 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，具有自關(guān)斷的特征。簡(jiǎn)單講，是一個(gè)非通即斷的開(kāi)關(guān)，用在電壓幾十到幾百伏上千伏量級(jí)、電流幾十到幾百安量級(jí)的強(qiáng)電上的。（相對(duì)而言，手機(jī)、電腦電路板上跑的電壓低，以傳輸信號(hào)為主，都屬于弱電。）

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(kāi)時(shí)當(dāng)做開(kāi)路。IGBT融合了BJT和MOSFET的兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，如驅(qū)動(dòng)功率小和飽和壓降低等。再簡(jiǎn)單點(diǎn)，可以認(rèn)為IGBT就是一個(gè)晶體管，只不過(guò)是它的電壓電流超大而已。IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及電路符號(hào)如下圖：

IGBT結(jié)構(gòu)圖

在電路中使用IGBT，我們就可以像控制三級(jí)管、MOS管一樣，可以通過(guò)控制IGBT的三極電壓大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT三種狀態(tài)控制（導(dǎo)通/關(guān)斷/阻斷狀態(tài)）。

當(dāng)IGBT柵-射極加上加0或負(fù)電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)溝道消失，IGBT呈關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)集-射極電壓UCE＜0時(shí)，J3的PN結(jié)處于反偏，IGBT呈反向阻斷狀態(tài)。

當(dāng)集-射極電壓UCE＞0時(shí)，分兩種情況：情況1：若柵-射極電壓UGE＜Uth，溝道不能形成，IGBT呈正向阻斷狀態(tài)。情況2：若柵-射極電壓UGE＞Uth ，柵極溝道形成，IGBT呈導(dǎo)通狀態(tài)（正常工作）。此時(shí)，空穴從P+區(qū)注入到N基區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減少N基區(qū)電阻RN的值，使IGBT通態(tài)壓降降低。這時(shí)，有人會(huì)有疑問(wèn)了，MOS管也是晶體管，也是有三極，也是可以作為開(kāi)關(guān)來(lái)用，這兩個(gè)如何選擇呢？下面就從系統(tǒng)的電壓、電流、切換功率等因素作為考慮，總結(jié)出兩者的不同之處：

IGBT用在哪里？

在較大輸出功率的場(chǎng)合，比如工業(yè)領(lǐng)域中的變頻器、UPS電源、EPS電源，新能源發(fā)電領(lǐng)域中的風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電，新能源汽車(chē)領(lǐng)域的充電樁、電動(dòng)控制、車(chē)載空調(diào)里，隨處都可以看到IGBT的身影。

在新能源汽車(chē)中，IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占整車(chē)成本的15-20%，也就是說(shuō)IGBT占整車(chē)成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車(chē)的能源效率。

在這些應(yīng)用中，IGBT通常是以模塊的形式存在，由IGBT與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品。使用模塊的優(yōu)點(diǎn)是IGBT已封裝好，安裝非常方便，并且外殼上具有散熱裝置，大功率工作時(shí)散熱快。

使用IGBT的注意事項(xiàng)

使用IGBT的時(shí)候，首先要關(guān)注原廠提供的數(shù)據(jù)、應(yīng)用手冊(cè)。在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，尤其要關(guān)注的是IGBT重要參數(shù)，如靜態(tài)參數(shù)、動(dòng)態(tài)參數(shù)、短路參數(shù)、熱性能參數(shù)。這些參數(shù)會(huì)告知我們IGBT的絕對(duì)值，就是絕對(duì)不能超越的。設(shè)計(jì)完之后，在工作時(shí) IGBT的參數(shù)也是同樣需要保證在合理數(shù)據(jù)范圍之內(nèi)。
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