簡單易懂的IGBT工作原理分析

2021-02-24 電力電子網

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IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型功率管，是由BJT(雙極型三極體)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的複合全控型電壓驅動式電力電子器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大;MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用於直流電壓為1500V的高壓變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。有些朋友對於IGBT工作原理許多人還相對模糊，IGBT屬於非通即斷式開關。

IGBT具有MOSFET及GTR兩者的高輸阻抗低通壓降的優點。

IGBT模塊內部結構圖

別看IGBT讀起來很高大上的感覺，其實它就是一個不是連通就是阻斷的開關。而控制著它的開關功能就是柵源極電壓。柵源極電壓是如何控制的呢?

當柵源極電壓加上12V時，則會導通IGBT，而當柵源極電壓為0或者加的是負壓時，則斷開IGBT，需注意的是，如果加的是負壓，則此時的關斷為可靠關斷。IGBT本身並不會放大電壓。那麼為何IGBT能夠通過加壓方式導通與關斷呢?

IGBT工作特性

IGBT本身有三個埠，其中G\S兩端加壓後，身為半導體的IGBT能夠將內部的電子轉移，讓原本中性的半導體變為具備導電功能，轉移的電子具有導電功能。而當電壓被撤離之後，因加壓後由電子形成的導電溝道則會消失，此時就有會變成絕緣體。

IGBT等效電路圖

如果用簡要的電路圖做分析的話，那麼如上圖，當IGBT的柵極及發射極加上正電壓，那麼兼容MOSFET的IIGBT就會導通，當IGBT導通後，電晶體兩極(集電極、基極)會形成低阻狀態，此時電晶體可導通;當IGBT的兩極無電壓，則MOSFET就會停止導通，電晶體得不到電流供給則電晶體隨之停止導通。

IGBT並不是加入電壓後即可正常工作，當加在IGBT上的電壓過低，IGBT不僅無法正常工作，還可能導致功能的不穩定。而如果電壓高於兩極之間的耐壓值，IGBT則會損壞且不可修復。

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