【技术】一文了解IGBT工作原理及优缺点

时间： 2023-03-09 来源：時科電子公众号

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IGBT，绝缘栅双极型晶体管，是由（BJT）双极型三极管和绝缘栅型场效应管（MOS）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有（MOSFET）金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管（GTR）的低导通压降两方面的优点。

GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；（因为Vbe=0.7V,而Ic可以很大（跟PN结材料和厚度有关））MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。（因为MOS管有Rds，如果Ids比较大，就会导致Vds很大）。

IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。IGBT最主要的作用就是把高压直流变为交流，以及变频。（所以用在电动车上比较多）。

IGBT的工作原理

忽略复杂的半导体物理推导过程，下面是简化后的工作原理。IGBT有N沟道型和P沟道型两种，主流的N沟道IGBT的电路图符号及其等效电路如下：

所以整个过程就很简单：

当栅极G为高电平时，NMOS导通，所以PNP的CE也导通，电流从CE流过。

当栅极G为低电平时，NMOS截止，所以PNP的CE截止，没有电流流过。

IGBT与MOSFET不同，内部没有寄生的反向二极管，因此在实际使用中(感性负载)需要搭配适当的快恢复二极管。

IGBT的优缺点

优点：

1、具有更高的电压和电流处理能力。

2、极高的输入阻抗。

3、可以使用非常低的电压切换非常高的电流。4、电压控制装置，即它没有输入电流和低输入损耗。

5、栅极驱动电路简单且便宜，降低了栅极驱动的要求

6、通过施加正电压可以很容易地打开它，通过施加零电压或稍微负电压可以很容易地关闭它。

7、具有非常低的导通电阻。

8、具有高电流密度，使其能够具有更小的芯片尺寸。

9、具有比BJT和MOS管更高的功率增益。

10、具有比BJT更高的开关速度。

11、可以使用低控制电压切换高电流电平。

12、双极性质，增强了传导性。

13、安全可靠。

缺点：

1、开关速度低于MOS管。

2、因为是单向的，在没有附加电路的情况下无法处理AC波形。

3、不能阻挡更高的反向电压。

4、比BJT和MOS管价格更高。

5、类似于晶闸管的P-N-P-N结构，因此它存在锁存问题

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型号- TPD60R1K0C,TMP11N60H,TPA70R1K5M,TCW20N120AD,TMD4N50H,TPV60R350C,TSB15N10A,TPU50R5K0D,TPW60R075C,TMA9N70H,TPR60R580C,TPB70R135MFD,TPW60R160M,TTB95N68A,TPU65R600M,TMP20N40H,TMP12N65H,TMA8N90H,TMJ2N50HF,TMU3N55LT,TTD100N04AT,TPP80R300MFD,TMS05P35H,TPU65R600C,TPW90R350A,TMP30N25H,TCW65R036A,TC21814,TPD65R4K3C,TMP12N65M,TMA12N50HF,TMD5N30H,TMA8N50HFE,TCW65R145A,TMP10N80H,TPP65R380C,TPA60R260MFD,TMW35N60H,TPW55R060D,TPV60R240M,TTD85N03AT,TPA70R600M,TPD5QR690C,TPD50R5K4CT,TPW65R044MFD,TMU6N60H,TPD65R450CFD,TMP12N40H,TPA110R550A,TTU03P06ATS,TPU65R1K5M,TSP180N03A,TPY70R1K5C,TMA9N95H,TPA65R940C,TMA4N100H,TPA65R2K2C,TPA70R1K5C,TMU2N55CT,TMA8N50HF,TMA8N50HE,TTP90N03AT,TMU5N80H,TPP80R750C,TMA8N50HH,TPU73R400M,TMP12N43H,TMA13N65H,TMX05P35H,TTX2305A,TPB60R580C,TPU60R7K5C,TCW12N120AD,TPD65R2K7C,TMA20N60H,TTP115N08A,TPV65R085CFD,TPA65R190MFD,TPU65R1K2C,TPP65R160C,TMW3N150H,TPB65R300MFD,TPW50R060DFD,TMA12N60M,TC2108,TC2106,TPP100R500A,TPU65R950M,TMP20N65H,TC2104,TPD65R280D,TMA4N55LT,TPW100R800A,TMA12N60H,TC2103,TPU70R700C,TMU8N65H,TC2101,TPP70R260M,TMV25N55H,TPV70R190MFD,TPC80R1K2C,TPB65R750C,TPD65R2K6C,TCP3N65A,TPA60R170MFD,TPV70R090M,TMA3N55HT,TPA80R250A,TSG10N06A,TPU55R6K5C,TPA50R700C,TSJ10N06AT,TPA73R300M,TC2117,TC2118,TFA120R800A,TPU50R5K4C,TC2113,TSU10N06A,TMP30N10HT,TTB65N10A,TTJ12N04AT,TC2110,TPA65R170M,TSP12N06A,TPC60R150C,TMA8N70H,TPB50R400C,TTU05P03ATS,TMC6N70H,TMP15P20H,TPP60R260MFD,TSD12N06AT,TMW9N90H,TPP60R600MFD,TMP13N40H,TPW70R120M,TMD7N53HE,TMP1N60C,TMP140N10A,TPP65R360M,TMR12N50H,TTD18P10AT,TPA65R280D,TPV73R300M,TMB160N10A,TMP110N06H,TPW65R100MFD,TTU01P10ATS,TPD55R2K1C,TMD2N70H,TMD3N50H,TSG10N06AT,TMA4N120H,TPU50R360D,TMP12N60H,TPD60R1K4M,TMP12N60M,TMU1N50LT,TMA12N65H,TMA10N80H,TTU08N02ATS,TPA70R950C,TPA70R950M,TMP9N90H,TPA60R330M,TMA12N65M,TMU7N65H,TCP4N65A,TC2136,TPC80R1K5C,TMA11N60H,TMP2N60H,TMA3N120H,TMU4N80H,TPD70R360M,TTG130N03GT,TPU50R250C,TTP70N07A,TPP70R170M,TPV50R060C,TPY70R1K4C,TPB65R1K2C,TPC60R700C,TMU4N40HT,TPA70R1K4C,TMA4N55HT,TMV2N60HF,TPA50R2K3C,TCW50N65A,TPD65R940C,TPG65R365MH,TMV9N90H,TMA13N68H,TPB65R090M,TMU03N60HT,TPD60R840C,TPD65R2K2C,TPU70R2K8C,TTP95N68A,TPP65R600M,TMA4N60H,TMU1N50HT,TPC65R380C,TPD70R1K5M,TMA40N20H,TPD60R1K8C,TMA3N80H,TPP65R070D,TTP100N04AT,TSG010N03AT,TPA100R500A,TTD120N03AT,TPP65R075DFD,TPP65R600C,TMU8N60H,TPC50R690C,TMA4N60N,TMA4N60L,TMA4N60M,TPB80R300CFD,TPP65R950M,TMU08N50HT,TPW60R036M,TTD65N04AT,TMP162N04H,TPP60R2K5C,TPA60R600MFD,TPP70R700C,TPA80R300A,TMU1N50C,TPP80R1K2C,TPA80R300C,TPW80R300C,TPB65R400MFD,TMU1N50H,TMV8N120H,TMD2N50H,TPC70R260M,TMB120N08A,TPA65R520D,TMP120N08A,TPB100R800A,TPP60R700C,TPD70R950M,TMA12N45H,TMA10N60M,TMA10N60N,TMA2N50HF,TMU2N55L,TPD70R950C,TMD2N50CF,TPP65R700MFD,TMA10N60H,TMW6N90H,TMP50N06HT,TPD80R2K2C,TSG10N06ATC,TPP70R190C,TPP80R1K5C,TPW110R800A,TPW5QR065CFD,TPP110R550A,TPA65R9K2C,TMP25N055H,TPP65R1K2C,TMD5N50NF,TTP120N02GT,TMP6N90H,TFU65R280D,TTG40P02ATC,TPD60R1K7C,TMA18N70H,TMA1N60H,TPU65R380C,TPD70R600M,TMP16N25H,TPU80R750C,TTU04N08ATS,TPW70R300MFD,TPA50R500C,TTD28P10AT,TMA11N65H,TMP8N50L,TPA60R1K0C,TMA4N60HF,TPD70R1K5C,TMP8N50H,TMA9N90H,TPV100R500A,TMD8N60H,TCW30N65A,TMP20N60H,TPD65R400MFD,TPU55R2K9C,TMB140N10A,TPC65R360M,TMA3N60H,TMU9N20H,TPU50R1K8C,TPV80R300CFD,TMP38N30HF,TPB70R120M,TPA60R530M,TMP5N100H,TMA5N20H,TPA73R190M,TPR70R120M,TPU60R600MFD,TPV73R190M,TPU60R2K2C,TPC50R250C,TMA25N50C,TTP118N08A,TMU7N60H,TMP3N100H,TMU7N60L,TMU1N50CT,TMY1N60H,TMP1N20H,TSB12N10A,TCP6N65A,TSU12N06A,TMS1N5QLT,TPD55R2K9C,TMA25N50H,TPP60R360MFD,TMC10N65H,TMY1N60B,TPP50R500C,TPB70R400MFD,TPW70R044MFD,TC21844,TMA10N40L,TTD135N68A,TMW9N95H,TPU50R1K6C,TPV65R080C,TTB80N04AT,TSP045N10A,TPU80R1K2C,TMA10N40H,TMD7N60HF,TPP60R190A,TMA85N08H,TMP15N40H,TTK8205,TPB90R350A,TPC60R350C,TMA12N50NF,TPA120R1K5A,TTG65N10A,TTP115N68A,TMA10N65N,TSP12N10AT,TPB70R450C,TPP65R1K5M,TMA10N65H,TC2304,TPU50R1K5C,TMA10N65M,TPC60R240M,TMA18N50H,TPD60R3K4C,TMA2N60C,TMA2N60H,TCW65R275A,TPB65R380C,TPR65R260M,TMU5N50CF,TPA80R1K2C,TPA65R400MFD,TMV28N55H,TPP80R270M,TMW57N10H,TMA16N60H,TMD8N55HE,TPA65R280DFD,TPP60R580C,TTP150N02GT,TMU3N50H,TSP15N06A,TPP120R800A,TMC10N60N,TPW50R065CFD,TPA70R190MFD,TMP6N40H,TTD120N02GT,TMC10N60H,TMU2N70H,TTP120N03AT,TMU6N60HF,TTJ05P04AT,TMP8N25H,TMU2N70L,TMU5N30HT,TPA70R450C,TMA9N20HT,TMP2N50HT,TMU2N70N,TPC65R940C,TCW20N120A,TPB65R100MFD,TMA18N20H,TPU60R3K4C,TMV10N90H,TMU02N15AT,TPA80R300CFD,TSU12N10AT,TPW60R260MFD,TPC70R1K5C,TMA25N55H,TMA4N90H,TPV60R190A,TMU1N55LT,TMW45N50HF,TPA55R2K1C,TPA60R3K4C,TPD50R500C,TCW120R052A,TC2103A,TPC70R950C,TMA3N50LT,TMD8N50H,TPA60R160M,TSG12N06AC,TTP60N10AT,TMA7N55H,TMP7N65M,TPA65R450CFD,TMA5N70H,TPR70R360M,TPA80R1K5C,TSP15N08A,TPU60R1K7C,TMA7N50LF,TPV60R080M,TMD9N20LT,TSG12N06AT,TCW60R320A,TPC70R1K4C,TMU4N55C,TPY70R1K5MB,TPW65R170M,TMA2N120H,TPW110R500A,TMA6N50H,TPU80R1K5C,TMU2N50HT,TMS1N40HT,TMP16N65H,TTP55N12A,TPA80R180M,TPU60R1K8C,TMV20N65H,TSD10N06AT,TPP65R280DFD,TMD7N70H,TPW50R055D,TPD50R700C,TMV3N150H,TMZ1N60B,TMP2N50CT,TPC65R170M,TPW60R120MFD,TPB65R360M,TMW25N50H,TPP50R1K8C,TTG60N03QTC,TPA70R120M,TPP80R300CFD,TM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陶瓷垫片在变频器中IGBT上应用非常广泛，主要原因其具备25W/m-k的导热系数，感觉应用起来，导热性能应该非常优秀，另外很多很多应用还必须要求绝缘，陶瓷的绝缘强度约10~12KV/mm，参数上综合分析，陶瓷垫片是满足IGBT导热应用的绝佳选择。然而事实并非如此，陶瓷垫片硬和脆的特点带来了实际操作中的不便。本文通过综合对比导热垫片MCS30GL和陶瓷垫片在该应用的优劣，为你提供更多选择。

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