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关于IGBT你知道哪些?

2020-01-29

IGBT如何使用,难倒不少工程师。本文就从0开始,一文带大家彻底读懂IGBT!

IGBT是什么?

IGBT(绝缘栅双极型晶体管),是由BJT(双极结型晶体三极管) 和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,具有自关断的特征。简单讲,是一个非通即断的开关,用在电压几十到几百伏上千伏量级、电流几十到几百安量级的强电上的。(相对而言,手机、电脑电路板上跑的电压低,以传输信号为主,都属于弱电。)

 IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路。IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点,如驱动功率小和饱和压降低等。再简单点,可以认为IGBT就是一个晶体管,只不过是它的电压电流超大而已。 

在电路中使用IGBT,我们就可以像控制三级管、MOS管一样,可以通过控制IGBT的三极电压大小,从而实现对IGBT三种状态控制(导通/关断/阻断状态)。

IGBT栅-射极加上加0或负电压时,MOSFET内沟道消失,IGBT呈关断状态。

当集-射极电压UCE<0时,J3的PN结处于反偏,IGBT呈反向阻断状态。

当集-射极电压UCE>0时,分两种情况:情况1:若栅-射极电压UGE<Uth,沟道不能形成,IGBT呈正向阻断状态。情况2:若栅-射极电压UGE>Uth ,栅极沟道形成,IGBT呈导通状态(正常工作)。此时,空穴从P+区注入到N基区进行电导调制,减少N基区电阻RN的值,使IGBT通态压降降低。这时,有人会有疑问了,MOS管也是晶体管,也是有三极,也是可以作为开关来用,这两个如何选择呢?下面就从系统的电压、电流、切换功率等因素作为考虑,总结出两者的不同之处:

 

IGBT与MOS两者的不同之处



IGBT用在哪里?

在较大输出功率的场合,比如工业领域中的变频器、UPS电源、EPS电源,新能源发电领域中的风能发电、太阳能发电,新能源汽车领域的充电桩、电动控制里,随处都可以看到IGBT的身影。

 

IGBT用在哪里


在新能源汽车中,IGBT约占电机驱动系统成本的一半,而电机驱动系统占整车成本的15-20%,也就是说IGBT占整车成本的7-10%,是除电池之外成本第二高的元件,也决定了整车的能源效率。

 

在新能源汽车中,IGBT约占电机驱动系统成本的一半


在这些应用中,IGBT通常是以模块的形式存在,由IGBT与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。使用模块的优点是IGBT已封装好,安装非常方便,并且外壳上具有散热装置,大功率工作时散热快。

使用IGBT的注意事项使用IGBT的时候,首先要关注原厂提供的数据、应用手册。在数据手册中,尤其要关注的是IGBT重要参数,如静态参数、动态参数、短路参数、热性能参数。这些参数会告知我们IGBT的绝对值,就是绝对不能超越的。设计完之后,在工作时 IGBT的参数也是同样需要保证在合理数据范围之内。

 


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