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發(fā)布時間：2023-06-16

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IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）又稱為絕緣柵雙極型晶體管。是由BJT（雙極型晶體管）和MOS（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型-電壓驅(qū)動式-功率半導(dǎo)體器件，其具有自關(guān)斷的特征。簡單來講，它是一個非通即斷的開關(guān)裝置，IGBT沒有放大電壓的功能，導(dǎo)通時可以看做導(dǎo)線，斷開時可以看做開路。

IGBT融合了BJT和MOSFET這兩種器件的優(yōu)點，IGBT既有MOSFET的開關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單、開關(guān)損耗小的優(yōu)點，又有BJT導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點，是電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件。

IGBT模塊是由IGBT與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品，具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點。

IGBT的工作原理如上圖所示，若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動正電壓，則MOSFET導(dǎo)通,這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；

若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V時，則MOSFET截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT內(nèi)部有三個端子，分別為集電極、發(fā)射極和柵極，端子上都附有金屬層。IGBT結(jié)構(gòu)是一個四層半導(dǎo)體器件。四層器件是通過組合PNP和NPN晶體管來實現(xiàn)的，它們構(gòu)成了PNPN排列。

IGBT是由MOSFET和GTR技術(shù)結(jié)合而成的復(fù)合型開關(guān)器件，是通過在功率MOSFET的漏極上追加p+層而構(gòu)成的，性能上也是結(jié)合了MOSFET和雙極型功率晶體管的優(yōu)點。N+區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為源極(即發(fā)射極E)；P+區(qū)稱為漏區(qū)，器件的控制區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極(即門極G)。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。在C、E兩極之間的P型區(qū)(包括P+和P-區(qū))(溝道在該區(qū)域形成)稱為亞溝道區(qū)(Subchannel region)。而在漏區(qū)另一側(cè)的P+區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)(Drain injector)，它是IGBT特有的功能區(qū)，向漏極注入空穴，進行電導(dǎo)調(diào)制，以降低器件的通態(tài)壓降。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極稱為漏極(即集電極C)。

一、IGBT在應(yīng)用層面通常根據(jù)電壓等級劃分

〡、低壓IGBT：

指電壓等級在1000V以內(nèi)的IGBT器件，例如常見的650V應(yīng)用于新能源汽車、家電、工業(yè)變頻等領(lǐng)域。

〢、中壓IGBT：

指電壓等級在1000-1700V區(qū)間的IGBT器件，如1200V應(yīng)用于光伏、電磁爐、家電、焊機、工業(yè)變頻器和新能源汽車領(lǐng)域，1700V應(yīng)用于光伏和風(fēng)電領(lǐng)域。

〣、高壓IGBT：

指電壓等級3300V及以上的IGBT器件，比如3300V和6500V應(yīng)用于高鐵、動車、智能電網(wǎng)，以及工業(yè)電機等領(lǐng)域。

二、在產(chǎn)品層面通常根據(jù)封裝方式分類

〡、IGBT單管：

封裝規(guī)模較小，一般指封裝單顆IGBT芯片，電流通常在50A以下，適用于消費、工業(yè)家電領(lǐng)域。

〢、IGBT模塊：

IGBT最常見的形式，是將多個IGBT芯片集成封裝在一起，功率更大、散熱能力更強，適用于高壓大功率平臺，如新能源車、光伏、高鐵等。

〣、功率集成（IPM）：

指把IGBT模塊加上散熱器、電容等外圍組件，組成一個功能較為完整和復(fù)雜的智能功率模塊。

IGBT的主要應(yīng)用領(lǐng)域

IGBT作為工業(yè)控制及自動化領(lǐng)域的核心元器件，能夠根據(jù)信號指令來調(diào)節(jié)電路中的電壓、電流、頻率、相位等，以實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控的目的，被稱為現(xiàn)代電力電子行業(yè)里的“CPU”，廣泛應(yīng)用于電機節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發(fā)電、新能源汽車等眾多領(lǐng)域。

01 新能源汽車

IGBT模塊在電動汽車中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是電動汽車及充電樁等設(shè)備的核心技術(shù)部件。針對車規(guī)級IGBT模塊的特殊要求，IGBT技術(shù)正朝著小型化、低功耗、耐高溫、高安全和智能化的方向發(fā)展。IGBT模塊占電動汽車成本將近10％，占充電樁成本約20％。