所在位置:首页 > 新闻中心  > 行业新闻

IGBT是什么?它是如何驱动电路的

发表时间:2022-12-08
来源:网络整理
浏览量: 1538

我们之前有介绍过什么是IGBT,不过主要是从结构上对其进行了剖析,并未深入介绍,今天金誉半导体再其他角度来充分了解一下IGBT的具体信息。此文信息量有点大,供大家参考。

    IGBT的特点可以从其全称中了解一二:绝缘栅双极晶体管。

    所谓绝缘栅,是指IGBT与MOSFET类似,作为控制的门级和功率电路部分是绝缘的,之间没有通过导体或半导体电气连接。门级只要出现一定的电压,在半导体内部形成一定的电场,就可以实现IGBT的导通。

有了绝缘栅,在开关时,只需要在IGBT切换状态的瞬时间内给门级注入/抽取一点能量,改变内部电场,就可以改变IGBT的工作状态。这个过程很容易做的非常快速,一秒钟可以开关近万次,换言之,IGBT开关频率可以达到10kHz级别,这也是IGBT选做成为开关的主要原因。而且IGBT导通时的电压相对于大电流不敏感,可以承受几十到几百安培量级的电流;当其关断时,可以承受几百至几千伏特的电压。

 要这么快的开关干什么用?常见的强电只有50Hz的交流电,变压器能变它的电压,但是不能改变它的频率,更不能把它变成直流;另一方面,光伏电站发出的直流电,也无法转换为交流。而利用IGBT这种开关,人们可以设计出一类电路,通过控制IGBT,把电源侧的交流电变成给定电压的直流电,或是把各种电变成所需频率的交流电。这类电路统称电力电子电路,由电力电子电路做成的设备称为变换器。特别的,把交流电变成直流电的电路叫做整流器,把直流电变成交流电的叫做逆变器,而直流变直流的电路其实是花样多变的,一般直接称为变换器。

相比之下,功率MOSFET作为单极器件,其导通时类似一个小电阻,小电阻上的电压和电流呈线性关系,因此当电流超过一定程度时,功率MOSFET上消耗的电能(电压和电流的乘积)就太大了,这一特征限制了MOSFET的 电流,普通的三极管(BJT)也是如此。另一方面,减小MOSFET中小电阻的努力会希望MOSFET的两个功率极不要相隔太远,这也制约了MOSFET承受电压的能力。

功能上来说,IGBT就是一个由晶体管实现的电路开关不同于家里的电灯开关用按钮进行控制IGBT作为晶体管的一种,是由别的电路来控制的。具体点说,IGBT的简化模型有3个接口,有两个(集电极、发射极)接在强电电路上,还有一个接收控制电信号,叫作门极。给门极一个高电平信号,开关(集电极与发射极之间)就通了;再给低电平信号,开关就断了。这种可以用数字信号控制的强电开关还有很多种。

IGBT是非常成功的电力电子器件之一。相比之下,还有很多不为人知的器件都成为了历史中的过客。不过,近年宽禁带半导体器件技术取得了不少突破,其中碳化硅(SiC)材料耐压、耐温更高,因此用碳化硅做成的MOSFET就可以直接媲美IGBT的电压、电流承载能力,而无需再使用更为复杂的IGBT结构。在电动汽车、轨道交通领域,商品化的基于SiC-MOSFET的变换器已经投入市场了。当然,理论上碳化硅材料和IGBT结构也是可以结合的,其电压、电流也会上升一个等级。