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IGBT入門知識科普

時間:2023-07-12 點擊次數:51

IGBT是什么呢?今天就為大家科普一下IGBT入門知識。


IGBT的定義

IGBT即絕緣柵雙極型晶體管,是具有高電流、高電壓、高效率的半導體電源控制元件,也是一種電力電子元件的綜合體,是MOSFET(場效應晶體管)和BJT(雙極晶體管)的結合體,它具有MOSFET的優良特性,如可控性高、漏電流小、驅動電流小、開關速度快等,又具有BJT的優良特性,如具有較高的電流密度、較高的正向電壓限制等,它能夠實現大電流大電壓的開關控制,被廣泛應用于電力控制系統中。


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IGBT的結構

IGBT的結構主要由三部分組成:金屬氧化物半導體氧化層(MOS),雙極型晶體管(BJT)和絕緣層。

1. 金屬氧化物半導體氧化層(MOS):它是IGBT的核心,它由一個可以通過控制電路來控制的金屬氧化物半導體氧化層組成。它可以控制晶體管的可控參數,如電流和電壓。

2. 雙極型晶體管(BJT):它是IGBT的核心,它由兩個雙極型晶體管構成,它們可以產生高功率。

3. 絕緣層:它是IGBT的基礎,它由一層絕緣層構成,它可以保護IGBT元件免受外界環境的侵蝕和損壞。


IGBT的工作原理

IGBT是將晶體管的特性和開關電路的特性結合在一起,使其成為一種可以控制電流的新型電子元件。IGBT的結構使其可以實現從開啟到關斷的電流控制,而不會產生過大的漏電流,也不會影響其他電路的工作。

IGBT的工作原理是將電路的電流控制分為兩個部分:絕緣柵極的電流控制和雙極型晶體管的電流控制。當絕緣柵極上的電壓變化時,它會影響到晶體管的導通,從而控制電流的流動。當雙極型晶體管的電流控制發揮作用時,它會進一步控制電流的流動,從而使IGBT的效率更高。


IGBT的主要參數

1. 集電極-發射極額定電壓UCES是IGBT在截止狀態下集電極與發射極之間能夠承受的最大電壓,一般UCES小于或等于器件的雪崩擊穿電壓。

2. 柵極-發射極額定電壓UGE是IGBT柵極與發射極之間允許施加的最大電壓,通常為20V。柵極的電壓信號控制IGBT的導通和關斷,其電壓不可超過UGE。

3. 集電極額定電流IC是IGBT在飽和導通狀態下,允許持續通過的最大電流。

4. 集電極-發射極飽和電壓UCE是IGBT在飽和導通狀態下,集電極與發射極之間的電壓降。該值越小,則管子的功率損耗越小。

5. 開關頻率在IGBT的使用說明書中,開關頻率是以開通時間tON、下降時間t1和關斷時間tOFF給出的,根據這些參數可估算出IGBT的開關頻率,一般可達30~40kHz。在變頻器中,實際使用的載波頻率大多在15kHz以下。


IGBT的特性

1. 功率特性:IGBT具有良好的功率特性,其重復性能優于MOSFET,可實現高效的恒定功率輸出,有利于提高整個系統的工作效率。

2. 控制特性:IGBT具有良好的控制特性,其輸入電壓范圍較寬,可實現電壓控制調節,可以有效抑制電壓波動。

3. 可靠性:IGBT具有良好的可靠性,具有抗電磁干擾能力強、抗溫度變化性能好和耐久性高等優點,可以長期穩定運行。

4. 結構特性:IGBT有著緊湊的結構,體積小,可以降低整個系統的體積,有利于系統的自動化程度的提高。


IGBT 的優缺點

優點:

1. 具有更高的電壓和電流處理能力。

2. 極高的輸入阻抗。

3. 可以使用非常低的電壓切換非常高的電流。

4. 電壓控制裝置,即它沒有輸入電流和低輸入損耗。

5. 柵極驅動電路簡單且便宜,降低了柵極驅動的要求。

6. 通過施加正電壓可以很容易地打開它,通過施加零電壓或稍微負電壓可以很容易地關閉它。

7. 具有非常低的導通電阻。

8. 具有高電流密度,使其能夠具有更小的芯片尺寸。

9. 具有比 BJT 和 MOS 管更高的功率增益。

10. 具有比 BJT 更高的開關速度。

11. 可以使用低控制電壓切換高電流電平。

12. 雙極性質,增強了傳導性。

13. 安全可靠。

缺點:

1. 開關速度低于 MOS管。

2. 因為是單向的,在沒有附加電路的情況下無法處理AC波形。

3. 不能阻擋更高的反向電壓。

4.  BJT 和 MOS管價格更高。

5. 類似于晶閘管的P-N-P-N結構,因此它存在鎖存問題。


IGBT的作用

1. IGBT可以用作開關元件來控制電力,如電源的輸入和輸出。

2. IGBT可以作為放大器,用來放大高頻信號。

3. IGBT可以用于恒定電壓輸出,可以保持電源的穩定性。

4. IGBT可以用于現場可控硅(FACTS),用于調整電力系統的頻率、電壓和功率。

5. IGBT可以用于逆變電路,提供可靠的正弦電壓和頻率。

6. IGBT可以用于電力調節,提供電力調節和監控系統。

7. IGBT可以用于電機控制,如三相伺服電機控制系統。

8. IGBT可以用于高壓電磁轉換器,用于電力轉換和調節。

9. IGBT可以用于電力變換器,用于電力轉換和調節。

10. IGBT可以用于發電機控制,用于發電機自動控制系統。


IGBT的應用場景

1. 電力轉換:IGBT在變壓器、換流器、電抗器、電容器、調速器、變流器等電力轉換設備中廣泛使用。

2. 電力控制:IGBT在發電機控制、高壓開關控制、可調節比例控制等電力控制領域有廣泛的應用。

3. 工業控制:IGBT在工業自動化控制、機器人控制、工業機器人、伺服控制等領域有著重要的應用。

4. 電動汽車:由于其高效率、低損耗和可靠性,IGBT在電動汽車控制、動力轉換和充電系統等方面有著重要的應用。

5. 消費電子:IGBT在電視機、計算機、照明、打印機、臺式機、復印機、數碼相機等消費類電子產品中有著重要的應用。


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以上就是IGBT的一些基礎知識的介紹了,IGBT發展至今這么長的時間,從傳統的電力電子領域拓展到汽車電子領域,IGBT設備的性能也在不斷提升,要求也越來越高。

 

來源:網絡

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