绝缘栅双极晶体管

发布时间：2012-12-28 阅读量：2850 来源: 我爱方案网作者:

绝缘栅双极晶体管的概述

绝缘栅双极晶体管综合了电力晶体管和电力场效应晶体管的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。

IGBT是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器（逆变器）、照相机的频闪观测器、感应加热电饭锅等领域。根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型，从TO－3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD成对地（2或6组）封装起来的模块型，主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。

这种晶体管结合了金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的高电流单栅控制特性及双极性晶体管的低饱和电压的能力，在单一的IGBT器件里，会透过把一个隔离的场效应晶体管（FET）结合，作为其控制输入，并以双极性晶体管作开关。

绝缘栅双极晶体管其基本包装为三个端点的功率级半导体元件，其特点为高效率及切换速度快，为改善功率级BJT运作的工作状况而诞生。

绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，因此，可以把其看作是MOS输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点，又具有双极型器件容量大的优点，因而，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。

在中大功率的开关电源装置中，IGBT由于其控制驱动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点，已逐步取代晶闸管或GTO。但是在开关电源装置中，由于它工作在高频与高电压、大电流的条件下，使得它容易损坏，另外，电源作为系统的前级，由于受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大，故IGBT的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而，在选择IGBT时除了要作降额考虑外，对IGBT的保护设计也是电源设计时需要重点考虑的一个环节。

IGBT结合了场效晶体管栅极易驱动的特性与双极性晶体管耐高电流与低导通电压压降特性，IGBT通常用于中高容量功率场合，如切换式电源供应器、马达控制与电磁炉。大型的IGBT模组应用于数百安培与六千伏特的电力系统领域，其模组内部包含数个单一IGBT元件与保护电路。

IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏沟道，而这个沟道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET 器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高耐压的器件上，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。

IGBT为近数十年发明产物，第一代IGBT产品于1980年代与1990年初期，但其切换速度不快且开关截止时易产生拴锁现象与二次崩溃现象，第二代IGBT产品便有很大的进展，第三代IGBT产品为目前主流，其切换速度直逼功率级MOSFET的速度并且在电压电流容量上有很大的进步。

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