深入淺出解析IGBT的工作原理及作用

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深入淺出解析IGBT的工作原理及作用

秩名 發表於 2014-09-02 16:38:46

　　本文通過等效電路分析，通俗易懂的講解IGBT的工作原理和作用，並精簡的指出了IGBT的特點。可以說，IGBT是一個非通即斷的開關，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。

　　IGBT（絕緣柵雙極型電晶體），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功率半導體器件，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600V及以上的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。

　　目前國內缺乏高質量IGBT模塊，幾乎全部靠進口。絕緣柵雙極電晶體（IGBT）是高壓開關家族中最為年輕的一位。由一個15V高阻抗電壓源即可便利的控制電流流通器件從而可達到用較低的控制功率來控制高電流。

　　IGBT的工作原理和作用通俗易懂版：

　　IGBT就是一個開關，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，當柵源極加+12V（大於6V，一般取12V到15V）時IGBT導通，柵源極不加電壓或者是加負壓時，IGBT關斷，加負壓就是為了可靠關斷。

　　IGBT沒有放大電壓的功能，導通時可以看做導線，斷開時當做開路。

　　IGBT有三個端子，分別是G，D，S，在G和S兩端加上電壓後，內部的電子發生轉移（半導體材料的特點，這也是為什麼用半導體材料做電力電子開關的原因），本來是正離子和負離子一一對應，半導體材料呈中性，但是加上電壓後，電子在電壓的作用下，累積到一邊，形成了一層導電溝道，因為電子是可以導電的，變成了導體。如果撤掉加在GS兩端的電壓，這層導電的溝道就消失了，就不可以導電了，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的柵極和發射極之間加上驅動正電壓，則MOSFET導通，這樣PNP電晶體的集電極與基極之間成低阻狀態而使得電晶體導通；若IGBT的柵極和發射極之間電壓為0V，則MOSFET截止，切斷PNP電晶體基極電流的供給，使得電晶體截止。

　　

　　圖1 IGBT的等效電路

　　由此可知，IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定：

　　--IGBT柵極與發射極之間的電壓；

　　--IGBT集電極與發射極之間的電壓；

　　--流過IGBT集電極-發射極的電流；

　　--IGBT的結溫。

　　如果IGBT柵極與發射極之間的電壓，即驅動電壓過低，則IGBT不能穩定正常地工作，如果過高超過柵極-發射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞；同樣，如果加在IGBT集電極與發射極允許的電壓超過集電極-發射極之間的耐壓，流過IGBT集電極-發射極的電流超過集電極-發射極允許的最大電流，IGBT的結溫超過其結溫的允許值，IGBT都可能會永久性損壞。

　　絕緣柵極雙極型電晶體（IGBT）

　　

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