什么是IGBT?IGBT的原理
發(fā)布日期:2024-01-27
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IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的縮寫,即絕緣柵雙極型晶體管。它是一種功率半導(dǎo)體器件,結(jié)合了MOSFET和雙極型晶體管的優(yōu)點(diǎn),可以在高電壓和高電流條件下工作,因而被廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域。
與MOSFET相比,IGBT具有更低的驅(qū)動(dòng)電壓和更高的開(kāi)關(guān)速度,而且具有雙極型晶體管的正向?qū)芰?,因此可以承受更高的電流和電壓。同時(shí),IGBT也集成了MOSFET的絕緣柵控制功能,可以實(shí)現(xiàn)更安全和可靠的控制。
IGBT通常由一個(gè)PN結(jié)和一個(gè)N溝道組成,具有三個(gè)端口:集電極、發(fā)射極和柵極。當(dāng)柵極施加正向電壓時(shí),會(huì)形成一個(gè)PNP型結(jié)構(gòu),使集電極和發(fā)射極之間的PN結(jié)極化,從而導(dǎo)通。當(dāng)柵極不再施加正向電壓時(shí),PNP結(jié)會(huì)恢復(fù)為開(kāi)路狀態(tài),IGBT停止導(dǎo)通。
IGBT的工作可以分為四個(gè)主要階段:
關(guān)態(tài)(關(guān)斷狀態(tài)):當(dāng)柵極與發(fā)射極之間沒(méi)有施加電壓時(shí),IGBT處于關(guān)態(tài),沒(méi)有導(dǎo)通電流流過(guò)。在這種狀態(tài)下,PNP型雙極型晶體管的集電極和發(fā)射極之間的PN結(jié)是正向偏置的,所以處于導(dǎo)通狀態(tài)。
開(kāi)啟過(guò)渡態(tài):當(dāng)柵極施加正向電壓時(shí),柵極和發(fā)射極之間的絕緣柵極層中的電子會(huì)形成一個(gè)導(dǎo)電通道。形成的導(dǎo)電通道可以控制PNP型雙極型晶體管的集電極-發(fā)射極之間的電流,使其開(kāi)始導(dǎo)通。
開(kāi)態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài)):在開(kāi)啟過(guò)渡態(tài)后,如果在集電極和發(fā)射極之間施加足夠的正向電壓,PNP型雙極型晶體管將進(jìn)入飽和區(qū),此時(shí)IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài),允許電流流過(guò)。
關(guān)閉過(guò)渡態(tài):當(dāng)柵極不再施加正向電壓時(shí),導(dǎo)電通道關(guān)閉,PNP型雙極型晶體管恢復(fù)到截止區(qū),IGBT進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài),電流無(wú)法通過(guò)。
IGBT結(jié)合了MOSFET和雙極型晶體管的優(yōu)點(diǎn),具有低壓控制特性(MOSFET)和高電流驅(qū)動(dòng)能力(雙極型晶體管)。它具有較低的開(kāi)關(guān)損耗和較高的開(kāi)關(guān)速度,適用于高頻應(yīng)用。同時(shí),由于使用絕緣柵極層隔離了柵極和其他部分,提高了絕緣性能和可靠性。
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