什么是IGBT？结构、类型、工作和应用!

晶闸管是现代电子学中最常用的元件，逻辑电路用于开关和放大。BJT和MOSFET是最常用的晶体管类型，它们中的每一个都有自己的优势和一些局限性。IGBT（绝缘栅双极晶体管）将BJT和MOSFET的最佳部分整合到单个晶体管中。它采用MOSFET（绝缘栅）的输入特性（高输入阻抗）和BJT（双极性）的输出特性。

    什么是IGBT？
    IGBT或绝缘栅双极晶体管是BJT和MOSFET的组合。它的名字也暗示了它们之间的融合。“绝缘栅”是指MOSFET的输入部分具有非常高的输入阻抗。它不消耗任何输入电流，而是在其栅极端子的电压下工作。“双极性”是指BJT的输出部分具有双极性，其中电流是由两种类型的电荷载流子引起的。它允许它使用小电压信号处理非常大的电流和电压。这种混合组合使IGBT成为电压控制器件。
    它是一种具有三个PN结的四层PNPN器件。它有三个端子栅极（G），集电极（C）和发射极（E）。端子的名称也意味着取自两个晶体管。栅极端子因为它是输入部分，取自MOSFET，而集电极和发射极作为输出，取自BJT。
    IGBT由四层半导体组成，形成PNPN结构。集电极（C）连接到P层，而发射器（E）连接到P层和N层之间。P+衬底用于IGBT的结构。在其顶部放置N-层以形成PN结J1。在N-层的顶部制造两个P区以形成PN结J2。P区域的设计方式是在中间为栅极（G）电极留出一条路径。如图所示，N+区域扩散在P区域上。
    发射器和栅极是金属电极。发射极直接连接到N+区域，而栅极使用二氧化硅层绝缘。基座P+层向N-层注入孔，这就是为什么它被称为注入器层。而N-层称为漂移区。其厚度与阻压能力成正比。上面的P层被称为IGBT的主体。
    IGBT作为一个整体具有BJT和MOSFET的优点。

    它具有更高的电压和电流处理能力。
    它具有非常高的输入阻抗。
    它可以使用非常低的电压切换非常高的电流。
    它是电压控制的，即它没有输入电流和低输入损耗。
    栅极驱动电路简单而便宜。
    它可以通过施加正电压轻松打开，通过施加零或轻微负电压轻松关闭。
    它具有非常低的导通电阻
    它具有高电流密度，使其具有更小的芯片尺寸。
    它具有比BJT和MOSFET更高的功率增益。
    它具有比BJT更高的开关速度。
    缺点
    它的开关速度低于MOSFET。
    它是单向的，不能反向进行。
    它不能阻挡更高的反向电压。
    它比BJT和MOSFET更昂贵。
    由于PNPN结构类似于晶闸管，它存在闭锁问题。
    IGBT的应用
    IGBT在交流和直流电路中有许多应用。以下是IGBT的一些重要应用
    它用于SMPS（开关模式电源）中，为敏感的医疗设备和计算机供电。
    它用于UPS（不间断电源）系统。
    它用于提供速度控制的交流和直流电机驱动器。
    它用于斩波器和逆变器。
    它用于太阳能逆变器。