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功率半導體器件IGBT的概念及主要產品形式

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功率半導體器件

功率半導體器件(Power Electronic Device)又稱為電力電子器件和功率電子器件,是指可直接用于處理電能的主電路中,實現電能的變換或控制的電子器件,其作用主要分為功率轉換、功率放大、功率開關、線路保護和整流等。

功率半導體大致可分為功率半導體分立器件(包括功率模塊)和功率半導體集成電路兩大類。按照器件結構,現有的功率半導體分立器件可分二極管、功率晶體管、晶閘管等,其中功率晶體管分為雙極性結型晶體管(BJT,俗稱三極管)、結型場效應晶體管(JFET)、金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。

2.IGBT的概念

IGBT是由BJT和MOSFET組成的功率半導體器件,它的控制極為絕緣柵場效應晶體管,輸出極為雙極型功率晶體管,因而兼有兩者速度和驅動能力的優點,克服了兩者的缺點。IGBT可以在各種電路中提高功率轉換、傳送和控制的效率,實現節約能源、提高工業控制水平的目的,,被業界譽為電力電子裝置的“CPU”,廣泛應用于工業控制、軌道交通、白色家電、新能源發電、新能源汽車等領域。


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3.IGBT內部結構及工作原理

一般,IGBT有三個端子:集電極、發射極和柵極,他們都是附有金屬層。但是,柵極端子上的金屬材料具有二氧化硅層。IGBT結構其實就相當于是一個四層半導體的器件。四層器件是通過組合PNP和NPN晶體管來實現的,它們構成了P-N-P-N排列。

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IGBT的工作原理其實是通過不斷激活和停用其柵極端子來開啟、關閉實現的。如果正輸入的電壓通過柵極,發射器就會保持驅動電路開啟。另一方面,如果IGBT的柵極端的電壓為零或者為負時,則就會關閉電路應用。

4.主要產品形式

依產品結構形式不同,IGBT有單管、IGBT模塊和智能功率模塊IPM三種類型。IGBT單管主要應用于小功率家用電器、分布式光伏逆變器及小功率變頻器等領域;IGBT模塊主要應用于大功率工業變頻器、電焊機、新能源汽車(電機控制器、車載空調、充電樁)等領域(當前市場上銷售的多為此類模塊化產品);智能功率模塊IPM主要在變頻空調、變頻洗衣機等白色家電領域有廣泛應用。


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根據應用場景的電壓不同,IGBT有超低壓、低壓、中壓和高壓等類型,其中新能源汽車、工業控制、家用電器等使用的IGBT以中壓為主,而軌道交通、新能源發電和智能電網等對電壓要求較高,主要使用高壓IGBT。


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5.IGBT功率半導體器件清洗:

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