ABB绝缘栅双极晶体管5SHY3545L0014 3BHB013085R0001

描述

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种三端器件,包括栅极(G)、集电极(C)和发射极(E)。它属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域应用广泛。

绝缘栅双极晶体管(IGBT)的工作原理:

关断状态:

在IGBT的关断状态下,绝缘栅极(G)上的电压为零。
此时,晶体管不导通电流,因为绝缘栅区域被隔离,电流无法流动。
当栅极电压(VGE)为零时,绝缘栅区域和绝缘栅区域的载流子注入被控制,使得晶体管保持在关断状态。

导通状态:

当给绝缘栅极施加一个合适的电压(大于阈值电压)时,IGBT进入导通状态。
绝缘栅极的电压形成电场,导致PN结附近的N+型区域中的电子向P型区域注入。
这个过程激活了PNP型双极晶体管的发射区,使得P型区域的电子与注入的电子相遇并流入集电极,形成电流。
导通压降因电导调制效应而减小,从而降低了通态压降。

关断过程:

当绝缘栅极的电压降低至阈值以下时,IGBT进入关断过程。
原先激活的PNP型双极晶体管逐渐停止导通,电流停止流动。
在关断过程中,集电极电流逐渐降低,这是由于在N层内还存在少数载流子(少子)的残余电流值(尾流)的影响。

具体的工作原理细节还包括:

IGBT的驱动原理与电力MOSFET相似,通断由栅射极电压(uGE)决定。
当uGE大于开启电压UGE(th)时,MOSFET内形成沟道,为晶体管提供基极电流,IGBT导通。
漏注入区是IGBT特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴进行导电调制。

绝缘栅双极晶体管(IGBT)的性能特点:

高输入阻抗与低驱动功率:

IGBT具有高的输入阻抗,这意味着它需要的驱动功率较小。这一特点使得IGBT在应用中能够降低功耗,提高效率。

快速的开关速度:

IGBT具有极快的开关速度,通常在微秒级以下。这使得它在需要高频操作的应用中表现出色,如交流变频器和开关电源等。

驱动电路简单:

与其他全控型电力半导体器件相比,IGBT的驱动电路相对简单,降低了系统的复杂性和成本。

高工作频率:

IGBT适用于高频率的工作环境,其频率性能使得它在电力电子领域的应用更为广泛。

低导通压降与低功耗:

在导通状态下,IGBT的导通压降较低,这有助于减少功耗,提高能源使用效率。

承受高电压与大电流:

IGBT能够承受高电压和大电流,这使得它在高压、大电流的应用中具有显著优势,如电网变流器和高压逆变器等。

热稳定性好:

IGBT具有良好的热稳定性,能够在高温环境下稳定工作,不易因过热而损坏。

电磁兼容性好:

IGBT的绝缘栅层可以有效减少晶体管的输入电容和输出电容,降低对周围电子设备的电磁干扰,提高系统的电磁兼容性。

大功率开关能力:

IGBT具有大功率开关能力,可以在大电流条件下工作,有效地控制高功率电路。这使其适用于需要处理大功率信号的系统,如驱动电机、变频器和逆变器等。

优化的电流密度与芯片面积:

IGBT的电流密度比MOSFET大,而芯片面积只有MOSFET的40%左右,这使得IGBT在相同功率下具有更小的体积和更高的集成度。

绝缘栅双极晶体管的应用领域:

电力电子:

IGBT在电力电子领域发挥着关键作用,用于电机控制、电源管理和电能转换,以提高效率、可靠性和性能。
广泛应用于电力转换设备,如逆变器、变频器等,用于控制交流电机和直流电机的运行。

运输:

在电动车(EV)、混合动力车(HEV)和燃料电池车(FCEV)等新能源汽车中,IGBT用于电池管理系统和电机控制系统,以实现高效、稳定的电力转换和控制。
在铁路、船舶和航空等交通运输领域,IGBT也用于驱动电机和控制系统。

工业自动化:

在工业自动化系统中,IGBT用于控制机器人、传送带、泵和其他自动化设备,以实现高效、精确的自动化生产。
特别是在工业自动化设备的电源部分,IGBT作为高效、可靠的电力转换器件,发挥着重要作用。

再生能源:

在太阳能、风能等可再生能源领域,IGBT用于将可再生能源转换为电能,并控制电能的传输和分配。
例如,在太阳能逆变器中,IGBT用于将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电,以供家庭和工业使用。

医疗设备:

在医疗设备中,IGBT用于驱动高精度电机和控制电路,以确保医疗设备的稳定性和可靠性。
例如,在CT机、MRI机等大型医疗设备中,IGBT用于控制电机的旋转和停止,以及电路的开关和调节。

通信:

在通信领域,IGBT用于电源管理和信号放大等电路,以确保通信设备的稳定性和可靠性。
例如,在基站、交换机等通信设备中,IGBT用于控制电源的供应和分配,以及信号的放大和传输。

消费电子:
虽然IGBT在消费电子领域的应用相对较少,但在一些高端产品中,如电磁炉、变频空调等,IGBT也发挥着重要作用。
这些产品需要高效、稳定的电力转换和控制,而IGBT正是满足这些需求的理想选择。

总之,

绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为一种高效、可靠的功率半导体器件,在电力电子、运输、工业自动化、再生能源、医疗设备、通信和消费电子等领域都有广泛的应用。随着科技的不断发展,IGBT的应用领域还将继续扩大。

  

 

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