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ballbet安卓:绝缘栅双极晶体管——IGBT认识其原理及其应用
发布时间:2023-09-08 12:40:09   来源:ballbet安卓版 作者:ballbet安卓版西甲赞助    点击:55

  

  IGBT晶体管结合了这两种常见晶体管的优点,即MOSFET的高输入阻抗和高开关速度以及双极晶体管的低饱和电压,并将它们组合在一起产生另一种类型的晶体管开关器件,即可处理大集电极-发射极

  绝缘栅双极晶体管(IGBT) 将 MOSFET 的绝缘栅(因此其名称的第一部分)技术与传统双极晶体管(因此其名称的第二部分)的输出性能特征相结合。

  这种混合组合的结果是“IGBT 晶体管”具有双极晶体管的输出开关和导通特性,但像 MOSFET 一样受电压控制。

  IGBT 大多数都用在电力电子应用,例如逆变器转换器电源,而功率双极和功率 MOSFET 不能完全满足固态开关器件的需求。高电流和高电压双极型器件是可用的,但它们的开关速度很慢,而功率MOSFET可能具有更高的开关速度,但高电压和高电流器件价格昂贵且难以实现。

  绝缘栅双极型晶体管器件相对于 BJT 或 MOSFET 的优点是,它提供比标准双极型晶体管更大的功率增益,并且 MOSFET 具有更高的工作电压和更低的输入损耗。实际上,它是一个与双极晶体管集成的 FET,采用如图所示的达林顿型配置形式。

  我们能够正常的看到,绝缘栅双极晶体管是一种三端跨导器件,它将绝缘栅 N 沟道 MOSFET 输入与以达林顿配置类型连接的 PNP 双极晶体管输出结合在一起。

  因此,终端被标记为:Collector 、 Emitter和Gate 。其两个端子( CE ) 与通过电流的电导路径相关联,而其第三个端子 ( G )控制器件。

  绝缘栅双极晶体管实现的放大量是其输出信号与其输入信号之间的比率。对于传统的双极结型晶体管 (BJT),增益量大约等于输出电流与输入电流的比率,称为 Beta。

  对于金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET,由于栅极与主载流沟道隔离,因此没有输入电流。因此,FET 的增益等于输出电流变化与输入电压变化之比,使其成为跨导器件,对于 IGBT 也是如此。那么我们大家可以将IGBT视为功率BJT,其基极电流由MOSFET提供。

  绝缘栅双极晶体管可用于小信号放大器电路,其方式与 BJT 或 MOSFET 型晶体管大致相同。但由于 IGBT 结合了 BJT 的低传导损耗和功率 MOSFET 的高开关速度,因此存在一种最佳固态开关,很适合电力电子应用。

  R ON比等效 MOSFET低得多。这在某种程度上预示着对于给定开关电流,双极输出结构上的I2 R压降要低得多。IGBT 晶体管的正向阻断操作与功率 MOSFET 相同。

  当用作静态控制开关时,绝缘栅双极晶体管具有与双极晶体管相似的额定电压和电流。然而,IGBT 中隔离栅极的存在使得其驱动比 BJT 简单得多,因为所需的驱动功率要少得多。

  绝缘栅双极晶体管只需通过激活和停用其栅极端子即可“开启”或“关闭”。在栅极和发射极之间施加正输入电压信号将使器件保持在“ON”状态,而使输入栅极信号为零或稍微为负将导致其以与双极晶体管大致相同的方式关闭“OFF”或 eMOSFET。IGBT 的另一个优点是它的通态沟道电阻比标准 MOSFET 低得多。

  由于 IGBT 是电压控制器件,因此它只需要栅极上有一个小电压即可维持器件导通,这与 BJT 不同,BJT 需要连续提供足够量的基极电流以维持饱和。

  此外,IGBT 是一种单向器件,这在某种程度上预示着它只能在“正向”(即从集电极到发射极)上切换电流,这与具有双向电流切换功能(正向受控而反向不受控)的 MOSFET 不同。

  绝缘栅双极晶体管的工作原理栅极驱动电路与N沟道功率MOSFET非常相似。基本不同之处在于,在 IGBT 中,当电流流过处于“ON”状态的器件时,主传导通道提供的电阻要小得多。因此,与同等功率 MOSFET 相比,额定电流要高得多。

  使用绝缘栅双极晶体管的主要优点是其高电压能力、低导通电阻、易于驱动、相对较快的开关速度以及零栅极驱动电流使其成为中等速度的良好选择、高压应用,例如脉宽调制 (PWM)、变速控制、开关模式电源或太阳能供电DCAC逆变器和在数百千赫范围内运行的变频器应用。

  我们已经看到,绝缘栅双极晶体管是一种半导体开关器件,具有双极结型晶体管 (BJT) 的输出特性,但其控制方式类似于金属氧化物场效应晶体管 (MOSFET)。

  IGBT 晶体管的主要优点之一是简单性,能够最终靠施加正栅极电压将其驱动为“ON”,或者通过使栅极信号为零或略为负来将其切换为“OFF”,从而使其可用于多种应用。切换应用程序。它还可以在其线性有源区域中驱动,以用于功率放大器。

  绝缘栅双极晶体管具有较低的通态电阻和传导损耗,还可以在高频下切换高电压而不会造成损失破坏,因此很适合驱动线圈绕组、电磁体和直流电机等感性负载。

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