IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)是一种混合了MOSFET和BJT(双极性晶体管)优点的半导体器件,广泛用于高效能电力电子转换中,如逆变器、开关电源和电动机控制系统。它结合了MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降特性。
IGBT工作原理可以分为两个主要部分:导通状态和关断状态。
1. 导通状态
IGBT的结构包括一个MOSFET的栅极(Gate)和一个BJT的集电极(Collector)-发射极(Emitter)。其导通过程类似于MOSFET的工作原理,当给栅极施加足够的正向电压时,栅极和发射极之间的电场作用会让MOSFET部分导通,进而驱动双极型晶体管(BJT)的基极,使得BJT导通,电流从集电极流向发射极。这时IGBT处于导通状态,可以传导较大的电流。
导通时,IGBT的栅极几乎不消耗电流(类似于MOSFET),但集电极到发射极的电流则由BJT的特性主导,因此在导通时电压降较低,导通损耗较小。
2. 关断状态
当栅极电压变为负值或零时,MOSFET部分首先关断,从而中断双极型晶体管的基极电流。没有基极电流的支持,BJT会迅速关断,使得IGBT整体进入关断状态,集电极到发射极的电流停止流动。
由于IGBT的双极特性,在关断过程中会有一定的存储电荷效应,这会导致关断时的延迟,但现代IGBT已经通过优化设计减小了这个问题。
IGBT的主要特点:
1. 高输入阻抗:IGBT的栅极类似于MOSFET,输入阻抗很高,因此只需很小的栅极电流便可驱动,易于控制。
2. 低导通损耗:由于IGBT在导通时表现为BJT的工作特性,其导通损耗较低,特别适用于大电流应用。
3. 适用于高电压和大电流场合:IGBT常用于电力电子设备中,适合中高压、大电流的应用环境。
总结来说,IGBT通过将MOSFET和BJT的优点结合在一起,在高效能电力电子应用中实现了高电流开关和低损耗操作。