一文搞懂，高大上的IGBT
三極管，MOS管，核桃相信多數(shù)小伙伴們都熟悉，但，IGBT估計(jì)用的就少了，除非在學(xué)校就能接觸到或者一畢業(yè)就從事變頻器，伺服驅(qū)動(dòng)器，壓縮機(jī)，電源模塊，新能源汽車等產(chǎn)品的。那為了大伙能更加容易的去理解IGBT，核桃打算從大伙熟悉的三極管和MOS為切入點(diǎn)展開！
先看一個(gè)簡(jiǎn)單開關(guān)電路，如下圖1所示：
右邊是電源輸出給到負(fù)載的波形，很容易理解，那人手控制開關(guān)太累了，如何讓機(jī)器按照人的意愿來(lái)實(shí)現(xiàn)上面圖1的效果，其實(shí)很簡(jiǎn)單，把開關(guān)換成三級(jí)管和MOS管再加上MCU即可。如下圖2所示：
在一些低功率和低壓項(xiàng)目上，用三極管和MOS管都是沒(méi)問(wèn)題，但在一些高壓，高功率的場(chǎng)合中，三極管和MOS管就都顯得力不從心了，那這個(gè)時(shí)候IGBT就應(yīng)運(yùn)而生了。
這個(gè)時(shí)候有小伙伴就有疑問(wèn)了，雖然MOS管天生耐壓就不高，那三極管為什么不能用？學(xué)過(guò)三極管的都知道，三極管Ic流主要由Ib和β來(lái)控制，假如要Ic的電流達(dá)到200A，那Ib的電流起碼要2A（假設(shè)β=100），也就是說(shuō)MCU這邊要輸出2A的電流給到三極管的B極，如下圖所示：
這對(duì)于MCU來(lái)說(shuō)顯然是不合理的（MCU的管腳驅(qū)動(dòng)能力只能是ma級(jí)別），那該怎么辦，其實(shí)聰明的科學(xué)家早就想到了方案，沒(méi)錯(cuò)，就是把MOS管結(jié)合進(jìn)去，如下基本框圖所示：
而IGBT就是三極管和MOS管的結(jié)合器件，具備三極管的耐高壓能力，同時(shí)也兼顧了MOS的低輸入損耗。
IGBT模塊解刨圖：
三者參數(shù)對(duì)比：
總結(jié)：IGBT優(yōu)點(diǎn)：
（1）結(jié)合MOS管的電壓控制與雙極型晶體管（BJT）的低導(dǎo)通壓降特性，提升整體能效。
（2）導(dǎo)通電阻低，在高壓（>600V）場(chǎng)景下?lián)p耗顯著低于MOS管，尤其適合大功率應(yīng)用。
（3）耐壓可達(dá)數(shù)千伏（如1200V以上），且可承載數(shù)百安培電流，適用于逆變器、電動(dòng)汽車等高功率領(lǐng)域。
（4）柵極電壓控制，驅(qū)動(dòng)功耗低且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。
（5）硅基材料熱導(dǎo)率（約150 W/m·K）支持高溫工作。
IGBT缺點(diǎn)：
（1）高頻性能弱于MOS管（MHz級(jí)），受制于關(guān)斷時(shí)的“尾電流”效應(yīng)，導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。
（2）無(wú)法直接處理交流波形，需外接反并聯(lián)二極管實(shí)現(xiàn)雙向電流控制。
（3）反向阻斷能力差，高反向電壓需額外電路保護(hù)。
（4）制造工藝復(fù)雜，價(jià)格高于BJT和MOS管。
（5）內(nèi)部寄生晶閘管結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致閉鎖效應(yīng)，限制最大工作電流。那目前碳化硅（Sic）器件，已經(jīng)在逐步替代IGBT在新能源汽車，光伏等高頻高壓領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。
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