絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱IGBT)是一種功率電子設備,它集合了多種半導體器件的優點,有著廣泛的應用。它是在20世紀80年代由三洋公司首先研制成功的。
一、結構
IGBT的基本結構是一個四層、三結、PNPN型的結構,它是由P型襯底、N型緩沖層、P型襯底、N型漂移層和N+型源區組成。其中,襯底層和緩沖層共同構成射極,源區和漂移層構成陰極,柵極位于源區和漂移層之間。
二、特點
1、高輸入阻抗:IGBT具有類似于FET的高輸入阻抗,更易于驅動。
2、低開關損耗:IGBT在導通狀態時具有較低的導通壓降和開關速度,減少能量損耗。
3、高功率放大:IGBT能夠實現大功率輸出,并且容易并聯使用。
4、高頻特性較差:相較于普通MOSFET,IGBT的高頻特性較弱。
三、原理
IGBT的工作原理是利用柵極的電壓控制漂移層的電導性。當柵極電壓為正時,柵極區域的少子會被吸引到柵極附近,使得漂移層形成一個N型導通通道,IGBT導通。當柵極電壓為零或負時,導通通道消失,IGBT截止。
四、應用
IGBT被廣泛應用于各種功率電子設備中,如ADUM1400BRWZ-RL逆變器、交流調速器、電磁加熱器、電動汽車控制等領域。
五、安裝
在安裝絕緣柵雙極晶體管時,需要注意以下幾點:
1. 環境要求:安裝環境應干燥、通風,并且遠離任何可能造成靜電放電的物體。
2. 散熱設計:IGBT的工作會產生一定熱量,因此需保證散熱良好。可使用散熱片或散熱器來幫助散熱。
3. 引線連接:正確連接IGBT的引線至電路板,確保引線長度適當,不會影響信號傳輸和電流穩定性。
4. 絕緣處理:在安裝過程中,要確保IGBT與其他金屬部件之間有足夠絕緣,避免出現短路情況。
5. 固定方式:采用合適的螺絲或固定夾具,將IGBT固定在指定位置,防止移動或搖晃。
六、發展歷程
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的發展歷程可以追溯到20世紀80年代。當時,為了滿足功率電子設備對開關速度和導通電阻的需求,日本三洋公司首先研制出了IGBT,并將其應用到實際產品中。
在90年代,IGBT得到了廣泛的應用和研究,其結構和工藝技術得到了進一步的優化,性能得到了顯著的提升。在這個階段,IGBT開始被廣泛用于電力電子轉換器、電動汽車和可再生能源領域。
進入21世紀,隨著半導體制造技術的進步,IGBT的性能得到了進一步的提升。第三代IGBT的導通電阻和開關損耗得到了顯著的降低,使其在高功率應用中得到了更廣泛的應用。
目前,IGBT已經發展到第四代,其最大的特點是具有超低的導通電壓和快速的開關速度。這使得IGBT在電力電子設備中的應用更加廣泛,同時也為新能源電動車、智能電網等領域的發展提供了重要的技術支持。
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