一文搞懂，高大上的IGBT
核桃設計分享 04-17 16:03 267 閱讀 3 贊 4 收藏 0 評論
三極管，MOS管，核桃相信多數小伙伴們都熟悉，但，IGBT估計用的就少了，除非在學校就能接觸到或者一畢業就從事變頻器，伺服驅動器，壓縮機，電源模塊，新能源汽車等產品的。那為了大伙能更加容易的去理解IGBT，核桃打算從大伙熟悉的三極管和MOS為切入點展開！
先看一個簡單開關電路，如下圖1所示：
右邊是電源輸出給到負載的波形，很容易理解，那人手控制開關太累了，如何讓機器按照人的意愿來實現上面圖1的效果，其實很簡單，把開關換成三級管和MOS管再加上MCU即可。如下圖2所示：
在一些低功率和低壓項目上，用三極管和MOS管都是沒問題，但在一些高壓，高功率的場合中，三極管和MOS管就都顯得力不從心了，那這個時候IGBT就應運而生了。
這個時候有小伙伴就有疑問了，雖然MOS管天生耐壓就不高，那三極管為什么不能用？學過三極管的都知道，三極管Ic流主要由Ib和β來控制，假如要Ic的電流達到200A，那Ib的電流起碼要2A（假設β=100），也就是說MCU這邊要輸出2A的電流給到三極管的B極，如下圖所示：
這對于MCU來說顯然是不合理的（MCU的管腳驅動能力只能是ma級別），那該怎么辦，其實聰明的科學家早就想到了方案，沒錯，就是把MOS管結合進去，如下基本框圖所示：
而IGBT就是三極管和MOS管的結合器件，具備三極管的耐高壓能力，同時也兼顧了MOS的低輸入損耗。
IGBT模塊解刨圖：
三者參數對比：
總結：IGBT優點：
（1）結合MOS管的電壓控制與雙極型晶體管（BJT）的低導通壓降特性，提升整體能效。
（2）導通電阻低，在高壓（>600V）場景下損耗顯著低于MOS管，尤其適合大功率應用。
（3）耐壓可達數千伏（如1200V以上），且可承載數百安培電流，適用于逆變器、電動汽車等高功率領域。
（4）柵極電壓控制，驅動功耗低且電路設計簡化。
（5）硅基材料熱導率（約150 W/m·K）支持高溫工作。
IGBT缺點：
（1）高頻性能弱于MOS管（MHz級），受制于關斷時的“尾電流”效應，導致開關損耗增加。
（2）無法直接處理交流波形，需外接反并聯二極管實現雙向電流控制。
（3）反向阻斷能力差，高反向電壓需額外電路保護。
（4）制造工藝復雜，價格高于BJT和MOS管。
（5）內部寄生晶閘管結構可能導致閉鎖效應，限制最大工作電流。那目前碳化硅（Sic）器件，已經在逐步替代IGBT在新能源汽車，光伏等高頻高壓領域的主導地位。
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