IGBT的工作原理 IGBT一定要加負壓才能關(guān)斷嗎?IGBT的導通和關(guān)斷條件有幾種?
一、IGBT的工作原理
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)即增強型絕緣柵雙極晶體管,是一種高速開關(guān)器件,常用于功率電子應(yīng)用領(lǐng)域。其工作原理是基于雙極晶體管和場效應(yīng)管的原理結(jié)合而成的。在IGBT內(nèi)部,由P型硅和N型硅交替排列形成NPNP結(jié)構(gòu),其中兩個P型區(qū)域分別與兩個N型區(qū)域相接,形成PN結(jié),而在兩個P型區(qū)域之間還有一個N型區(qū)域,形成一個N通道結(jié)構(gòu)。這個N型區(qū)域被稱為增強型結(jié)構(gòu),因為它增強了整個器件的導電能力。
IGBT的工作原理是通過控制增強型結(jié)構(gòu)上的柵極電壓,來控制整個器件的導通和關(guān)斷。當柵極電壓為正時,它吸引N型區(qū)域中的電子,這些電子從N型區(qū)域流入P型區(qū)域,并與P型區(qū)域中的空穴結(jié)合,形成電子空穴對,進而導致PN結(jié)的導通。這時,電流便能從集電極流入發(fā)射極,完成導通過程。當柵極電壓變?yōu)樨摃r,柵極吸引的電子離開N型區(qū)域,導致PN結(jié)不再導通,整個器件進入關(guān)斷狀態(tài)。
二、加負壓關(guān)斷的原理
IGBT的關(guān)斷速度比較慢,通常需要加負壓來實現(xiàn)迅速關(guān)斷。為什么要加負壓才能關(guān)斷呢?這是因為,當IGBT導通時,將有大量的載流子被注入到N型區(qū)域,而這些載流子在NGBT浸漬結(jié)上積累,形成電荷井。這個電荷井由于可逆反向?qū)е聞輭敬嬖凇H绻麅H僅降低柵極電壓,其結(jié)果只會使N型區(qū)域中電子的平均速度減小,但不能徹底消除NGBT浸漬結(jié)上的電荷井,即不能使IGBT完全關(guān)斷。因此,需要增加反向電壓,把堆積在浸漬結(jié)區(qū)域的電荷井都清空,才能迅速關(guān)斷IGBT。
三、導通和關(guān)斷條件
IGBT的導通條件:在N型結(jié)和P型結(jié)之間存在足夠的正向電壓,且柵極施加的正電壓使N型區(qū)域中的電子被吸引。如果柵極電壓太低,則不足以吸引電子,導致整個器件無法導通。
IGBT的關(guān)斷條件:主要取決于NGBT的關(guān)斷速度。只有當收集區(qū)中的極耦合型晶體管PNP輸出無效時,才能徹底關(guān)斷IGBT。在這個過程中,由于反向電壓的存在,N區(qū)中需要重新吸引來自PNP輸出的電子,以進行整個器件的阻斷。由于NGBT浸漬結(jié)中存在大量載流子,因此需要加負壓才能迅速阻斷IGBT。
綜上所述,IGBT是一種高效、可靠的功率電子器件,它結(jié)合了雙極晶體管和場效應(yīng)管的優(yōu)點,具有高速開關(guān)、低導通電阻、低飽和電壓、可控性強等特點。而加負壓關(guān)斷原理和導通和關(guān)斷條件是IGBT高效工作的關(guān)鍵。因此,在實際應(yīng)用中,需根據(jù)具體情況控制IGBT的柵極電壓和反向電壓,以保證其正常運行。
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