啥是IGBT?和三极管MOS管有何区别?

硬件笔记本 2024-07-20 11:31
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本篇文章就来聊聊IGBT以及和三极管MOS管的区别

晶体管分类图


回顾

在介绍IGBT之前,让我们先来回顾一下三极管和MOS管的优缺点

优缺点对比图

我们知道了这两者的优缺点,就可以根据不同的场景来挑选这两个晶体管了

比如在要求小电流小电压且开关频率高的情况下,首选MOS管

在要求大电流的情况下可以选择三极管

但是呢,这两者都有共同的缺点——功耗高

能不能将这两者优点都集聚在一起(电压控制、导通电阻小、功耗低)而且还能在大电流/电压环境下工作呢?

这就不得不介绍本文的主角了——IGBT


认识IGBT

学一个东西,带着疑惑去学,自然学的明白


请带着问题,接着往下看,相信或许你会有所收获

  • 先来看看IGBT的重要性


  • IGBT的优势所在

IGBT的特性

显然得益于IGBT的特性,能在高电压高电流情况下工作且频率也高,这无疑在大电流/电压环境下,是不二选择

根据IGBT的特性,就可以应用在汽车逆变器上面,将发电机的交流电和电池组的直流电互相转换

IGBT的应用


IGBT工作原理

  • 先来看看IGBT的符号,是不是相当于MOS管和三极管的衍生版呀?

IGBT符号

举个电动汽车例子说明,如果电调(就理解成开关))开关频率越高,那产生的PWM波也就越高,体现的是电机的转速变化越平稳


为了实现这个想法,首先得选一个合适的晶体管来做开关,那选择哪个呢?

选MOS管?肯定不行,MOS管虽然开关频率高,但是它不耐高电压/流

选三极管?可以试试,毕竟三极管可以耐高压/流

三极管当做开关

现在假设通过CE的电流为100A,因为CE的电流为β倍B,一般β系数为100,那么可以算出通过基极B需要的电流要达到1A,而且如果要一直工作的话,基极B就需要持续提供1A的电流,这显然功耗是很大的;而且还有一个问题就是,拿什么东西来控制三极管的基极B呢?


可能会想到用单片机来控制,但是单片机的IO口输出的最大电流也就20mA,对于三极管基极所需的电流微不足道,所以是行不通的

单片机控制三极管

既然单片机控制不了三极管,那控制MOS管总可以吧?然后MOS管再控制三极管

这样一来,MOS管的优点和三极管的优点集聚在一起(电压控制、耐高电压/流、频率高功耗小)

下面举个例子说明



当单片机输出高电平时,MOS管导通,三极管不导通;当单片机输出低电平时,MOS管导不导通,因为加了限流电阻,流向基极电流大于1A,三极管导通

仔细想想,如果按这样的想法来构建一个新的晶体管,是不是就有以下特性

  • 耐高压

  • 功耗低

  • 频率高

这不就是我们想要的结果吗?

现在,我们把上面的图片简化以下(去掉限流电阻,再把NPN三极管换成PNP三极管)可以得到这样的符号



所以,IGBT是集两者(MOS管和三极管)于一身

总结

区别图

声明:


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