ABB绝缘栅双极晶体管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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