深入剖析IGBT的工作機(jī)理及其特性表現(xiàn)
日期：2024-03-20 13:51:27 瀏覽量：470 標(biāo)簽: IGBT檢測(cè)
在現(xiàn)代電子設(shè)備中，IGBT（絕緣柵極雙極型晶體管）扮演著重要的角色，廣泛應(yīng)用于功率電子領(lǐng)域。它不僅具備MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)，還具有高輸入阻抗和低通態(tài)電壓降的特性。為了更好地理解IGBT的工作原理，我們需要深入研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)特性。本文將帶您一起揭開(kāi)IGBT的神秘面紗，探索其工作原理與特性。
一、IGBT的結(jié)構(gòu)及等效電路
IGBT的等效電路
IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精密，其等效電路如圖1所示。通過(guò)圖中可以看出，當(dāng)在IGBT的柵極和發(fā)射極之間施加正向電壓時(shí)，MOSFET導(dǎo)通，使得PNP晶體管的集電極與基極之間形成低阻狀態(tài)，從而使晶體管導(dǎo)通。反之，當(dāng)IGBT的柵極和發(fā)射極之間施加0V電壓時(shí)，MOSFET截止，切斷PNP晶體管的基極電流供給，使得晶體管截止。
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二、IGBT的工作特性解析
靜態(tài)特性
IGBT的靜態(tài)特性主要包括伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開(kāi)關(guān)特性。伏安特性描述了柵極源極電壓與漏極電流之間的關(guān)系。通過(guò)控制柵極源極電壓，我們可以調(diào)節(jié)漏極電流的大小。轉(zhuǎn)移特性則描述了輸出漏極電流與柵極源極電壓之間的關(guān)系，通常在導(dǎo)通狀態(tài)下呈線性關(guān)系。開(kāi)關(guān)特性則描述了漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系，當(dāng)IGBT處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)，漏極電流主要由MOSFET承擔(dān)，此時(shí)的通態(tài)電壓比較低，耐壓能力較強(qiáng)。
動(dòng)態(tài)特性
IGBT的動(dòng)態(tài)特性包括開(kāi)通過(guò)程和關(guān)斷過(guò)程。在開(kāi)通過(guò)程中，主要由MOSFET來(lái)運(yùn)行，只有在漏源電壓下降的后期，PNP晶體管才會(huì)由放大區(qū)變?yōu)轱柡蛥^(qū)，這一過(guò)程存在一定的延遲時(shí)間。關(guān)斷過(guò)程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?，由于存?chǔ)電荷的存在，導(dǎo)致漏極電流較長(zhǎng)的尾部時(shí)間。
三、IGBT的關(guān)鍵因素與安全可靠性
電壓與電流的決定因素
IGBT的安全可靠性主要由以下因素決定：柵極與發(fā)射極之間的電壓、集電極與發(fā)射極之間的電壓、流過(guò)集電極-發(fā)射極的電流以及結(jié)溫。適當(dāng)控制這些因素，可以確保IGBT的正常工作和長(zhǎng)壽命。
電壓與電流的限制
若驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)低，IGBT無(wú)法穩(wěn)定工作；反之，若超過(guò)其耐壓，可能導(dǎo)致永久損壞。同樣，若集電極-發(fā)射極之間的電壓超過(guò)其耐壓能力，流過(guò)IGBT的電流也會(huì)超過(guò)其最大允許值，從而引發(fā)損壞。此外，IGBT的結(jié)溫也需要控制在允許范圍內(nèi)，避免永久性損壞。
四、IGBT的應(yīng)用展望與創(chuàng)新趨勢(shì)
多領(lǐng)域應(yīng)用
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，IGBT在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。它被用于高壓電力系統(tǒng)、交通工具、電鍋爐、太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)等。IGBT在這些應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，提高了系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。
