IGBT代表Insulated Gate Bipolar Transistor,即绝缘栅双极晶体管,是一种高效、高压、大电流的开关元件,在现代电子设备中广泛应用。IGBT 的组成与 MOSFET 相似,但是结构上多了一层 N 型或 P 型硅掺杂区域,形成了双极管,因此具备 MOSFET 的高阻态/低开态输入阻抗和开关速度,又具备BJT的低导通电压和大电流承受能力,能够在高频率和大功率电路中稳定可靠地工作。
G、C、E是IGBT管脚的代称,分别代表Gate(栅极)、Collector(集电极)和Emitter(发射极),它们实际上是 BJT 和 MOSFET 元件的基本结构,可以用来调节 IGBT 的工作状态。
IGBT 的工作原理可以看作是 MOSFET 和 BJT 的耦合体。在工作时,将模拟输入信号加到 Gate 引脚上, Gate 极的开闭状态会控制 Collector 与 Emitter 之间形成的 NPN 型双极晶体管的导通和截止,从而实现电路的控制和调节。在通电初期,首先将 MOSFET 输入端电容充电,使 Gate 变得正电荷,然后与集电极一起,将 PN 结区的正向偏置,压缩聚集区的宽度,使浮区进一步向电流扩散,形成快速自治现象,达到导电的目的。
在正常导通状态下,保持 Gate 电压的持续稳定,依靠 MOSFET 引脚的高输入阻抗,即可在高电流下稳定地工作。由于 IGBT 的集电极区域的阻顶级极低,又可以承受很大的电流,所以 IGBT 自身可以发挥很好的散热性能,进一步提高可靠性和工作效率。
IGBT 元件具有众多的优点,如高功率密度、高开关频率、低开通压降、低散热要求、可控高电流、短路能力强、电磁兼容等,因此在很多领域都有广泛的应用:
1.电机控制领域:包括工业、交通、风电、太阳能等应用
2.电源领域:包括稳压、逆变、变频等应用
3.医疗领域:常见于医疗器械、X射线机等
4.电气驱动领域:如电动汽车、电动自行车等
5.光电器件领域:如激光器、LED照明、显示器等
正因为 IGBT 元件的性能优越,使得它在现代电子设备和工业生产过程中起到越来越重要的作用,并且被不断地优化和改进,走向更高效、更可靠、更安全的方向发展。