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IGBT

由于它们的绝缘栅极,所有类型的 IGFET 都具有极高的电流增益:如果没有电流可以持续流动的连续栅极电路,就不可能有持续的栅极电流。因此,我们通过 IGFET 的栅极端子看到的唯一电流是在晶体管从“导通”状态切换到“关闭”状态,反之亦然。

这种高电流增益乍一看似乎使 IGFET 技术在控制非常大的电流方面比双极晶体管具有决定性优势。如果使用双极结型晶体管来控制大集电极电流,则根据 β 比率,某些控制电路必须提供或吸收大量基极电流。举个例子,为了使 β 为 20 的功率 BJT 传导 100 安培的集电极电流,必须至少有 5 安培的基极电流,对于微型分立或集成控制电路来说,它本身就是大量的电流处理:

带控制电路的晶体管


从控制电路的角度来看,拥有高电流增益的功率晶体管会很好,这样控制负载电流所需的电流就会少得多。当然,我们可以使用达林顿对晶体管来增加电流增益,但这种安排仍然比等效功率的 IGFET 需要更多的控制电流:


然而不幸的是,IGFET 有自己控制高电流的问题:它们在饱和时通常表现出比饱和 BJT 的集电极到发射极压降更大的漏源压降。对于相同的负载电流量,这种更大的压降相当于更高的功耗,从而限制了 IGFET 作为高功率器件的实用性。尽管已经设计了一些专门的设计,例如所谓的 VMOS 晶体管,以最大限度地减少这种固有的缺点,但双极结型晶体管在切换大电流方面仍然具有优越性。

解决这一难题的一个有趣的解决方案是在一个称为绝缘栅双极晶体管或 IGBT 的器件中利用 IGFET 的最佳特性和 BJT 的最佳特性。也称为双极模式 MOSFET、电导调制场效应晶体管 (COMFET),或简称为绝缘栅晶体管 (IGT),它相当于 IGFET 和 BJT 的达林顿对:

原理图符号和等效电路


本质上,IGFET 控制 BJT 的基极电流,后者处理集电极和发射极之间的主要负载电流。这样,电流增益非常高(因为 IGFET 的绝缘栅极实际上不从控制电路中汲取电流),但在完全导通期间的集电极至发射极压降与普通 BJT 的压降一样低。

IGBT的缺点

与标准 BJT 相比,IGBT 的一个缺点是其关断时间较慢。对于快速开关和高电流处理能力,很难击败双极结型晶体管。 IGBT 更快的关断时间可以通过某些设计更改来实现,但代价是集电极和发射极之间的饱和压降更高。然而,IGBT 为高功率控制应用提供了 IGFET 和 BJT 的良好替代品。

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