一文讀懂IGBT「用途、結構、優(yōu)缺點、工作原理」

 在我們實際的應用當中流行和最常見的電子器件就是常見的雙極結晶體管BJT和MOS管。雖然BJT和MOS管是流行最常見的元器件，但是在一些相對較高電流的應用場景中有時還是會受到限制。這個時候，我們的IGBT就派上用場了。那什么是IGBT呢？IGBT的作用是什么呢？IGBT的工作原理、優(yōu)缺點又有哪些呢？這次我們來好好了解一下什么是IGBT!

一：什么是IGBT？

所謂IGBT 其實便是絕緣柵雙極晶體管的一種簡稱，是一種三端半導體開關的器件，可用于多種電子設備中的高效快速開關的場景中。通常主要用于放大器以及一些通過脈沖寬度調制 (PWM) 切換/處理復雜的波形。

為了方便理解，我們可以把IGBT看作我們很熟悉的BJT和MOS管的融合體。所以，不難看出，IGBT具有BJT的輸入特性和MOS管的輸出特性。但是與BJT或MOS管相比，絕緣柵雙極型晶體管IGBT的優(yōu)勢便在于它提供了一個比標準雙極型晶體管更大的功率增益，以及更高的工作電壓和更低的MOS管輸入損耗。所以，IGBT往往有著更好的工作特性。

就像上面說的 IGBT 是 BJT 和 MOS管的融合集成體，所以IGBT 的符號也代表相同。如下圖所示：可以看到輸入側代表具有柵子的 MOS管，輸出側代表具有集電極和發(fā)射極的 BJT。集電極和發(fā)射極是導通端子，柵極是控制開關操作的控制端子。

IGBT的電路符號與等效電路圖

二：IGBT內部結構

為了更好了解IGBT,下面我們再來看看它的內部結構：一般，IGBT 有三個端子：集電極、發(fā)射極和柵極，他們都是附有金屬層。但是，柵子上的金屬材料具有二氧化硅層。IGBT結構其實就相當于是一個四層半導體的器件。四層器件是通過組合 PNP 和 NPN 晶體管來實現(xiàn)的，它們構成了 P-N-P-N 排列。如下圖所示，小編簡單繪制了一下IGBT的一個內部結構。

三：IGBT工作原理

現(xiàn)在我們來談談IGBT的一個工作原理，其實很簡單，與我們熟悉的 BJT 、MOS管類似：

IGBT 的工作原理其實是通過不斷激活和停用其柵子來開啟、關閉實現(xiàn)的。

如果正輸入的電壓通過柵極，發(fā)射器就會保持驅動電路開啟。另一方面，如果 IGBT 的柵的電壓為零或者為負時，則就會關閉電路應用。

正如我們所了解的，由于 IGBT 既可用作 BJT 又可用作 MOS管，因此它實現(xiàn)的放大量是其輸出信號和控制輸入信號之間的比率，這也是我們?yōu)槭裁丛谝恍┫鄬^高電流的應用場景中往往選用IGBT的一個主要原因。

下面我們詳細做一個對比：相對于傳統(tǒng)的 BJT，我們知道增益量與輸出電流與輸入電流的比率大致相同，我們可以將其稱為 Beta 并表示為 β。

對于 MOS管，由于沒有輸入電流，所以柵子是主通道承載電流的隔離。通常我們是通過將輸出電流變化除以輸入電壓變化來確定 IGBT 的增益。

小編繪制了一張圖，可以很好地解釋IGBT的工作原理，描述IGBT整個器件工作范圍，如下圖所示：

    IGBT的優(yōu)缺點

    既然IGBT作為一個兼有BJT和MOS管的整體，所以往往它的優(yōu)缺點其實也非常明顯，下面我給大家羅列一下IGBT常見的優(yōu)缺點。

    優(yōu)點：

    1、具有更高的電壓和電流處理能力。

    2、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、比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。

上海簡戶儀器設備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機、冷熱沖擊機、振動試驗機、機械沖擊機、跌落試驗機的環(huán)境試驗儀器的公司，研發(fā)生產銷售經營各類可靠性環(huán)境試驗設備。經驗豐富，并得到許多國內外廠商的信賴與支持。自公司成立以來,多次服務于國內外大學和研究所等檢測機構,如清華大學、蘇州大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京工業(yè)大學、法國申美檢測、中科院物理所、中科院，SGS等**單位提供實施室方案和設備及其相關服務。努力開發(fā)半導體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業(yè)產品所需的測試設備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產和售後隊伍，從產品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點。

• 
  為適應市場快速變化及客戶多樣化的要求，上海簡戶儀器設備有限公司研發(fā)了性能與可靠性**JianHuTest產品系列.從精密零件到電腦資訊系統(tǒng)及有線無線通訊產業(yè)，均可提供高品質的設備與*的售后服務。

• 
  

• 
  

• 　上海簡戶榮獲企業(yè)，表明上海簡戶在技術、科技成果轉化、擁有自主知識產權等方面得到了國家的高度認可。簡戶一直秉承"服務以人為本"的宗旨，為廣大客戶提供精良的設備及優(yōu)質的服務，提供的送貨上門、安裝調試、一年的設備保養(yǎng)、終身維修，技術指導服務。始終如一的以"努力、合作、飛躍"的精神自我*、不斷發(fā)展、讓客戶與公司實現(xiàn)雙贏局面。
  

• 簡戶是集設計、銷售、研發(fā)、維修服務等為一體的綜合集團公司，從產品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)之間，都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點，提供的環(huán)境設備。公司創(chuàng)始人從事儀器設備行業(yè)20余年，經驗豐富、資歷雄厚，帶領簡戶公司全體同仁攜手共建輝煌明天。公司成立以來，積極投入電子電工，航空，航天，生物科技，各大院校，及科研單位等行業(yè)所需的產品測試設備裝置。
  

• 
  

• 簡戶擁有一支的研發(fā)、生產和售后服務隊伍，從產品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點，目前擁有博士學位2人，碩士5人，參與環(huán)境試驗箱國家標準起草和發(fā)行。企業(yè)制定標準，行業(yè)里通過ISO9001。是中國儀器儀表學會會員和理事單位。曾榮獲CCTV《中國儀器儀表20強品牌》殊榮，2010年入駐上海世博會民企館。簡戶自創(chuàng)辦以來，參與3項國家標準起草與制定，獲得40+件原創(chuàng)知識產權、軟著、集成電路)，6次獲得上?？萍夹椭行∑髽I(yè)稱號，合作過3200+家合作客戶(其中世界500強高校600家)。
  

• 
  

• 簡戶儀器今后必將牢記為客戶提供優(yōu)質產品和服務的宗旨，不忘為行業(yè)貢獻前沿科學和技術的初心，再接再厲，砥礪前行！

• 【簡戶儀器簡介:成立2005年，是一家研發(fā)，生產，銷售及售后齊全的綜合性設備生產單位，多次評為科技型中小企業(yè)，，客戶遍布高分子，汽車，半導體，塑膠，五金，科研院校，第三方檢測等】

• 　　【公司總部】

•