IGBT(全稱Insulated Gate Bipolar Transistor),即絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOSFET(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。由于導通損耗小、通態電流大等特性,IGBT主要應用于高壓、大電流的中大功率場景,作為能源轉換與傳輸的核心器件,IGBT廣泛應用于新能源汽車、新能源發電、工控、變頻家電等領域,被稱為“電力電子系統的CPU”。在實際應用中,IGBT通常可分為IGBT模塊、IGBT分立器件及IPM三類:
IGBT模塊(2019年市場規模億美元,占比51%):由IGBT與FWD通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品。IGBT模塊可將多個IGBT芯片以絕緣方式組裝到DBC基板上,進行模塊化封裝,有效提升了可靠性和穩定性,降低了外部電路的復雜性,也更適合高壓和大電流場景,是目前IGBT最常見的應用模式。
IGBT分立器件(2019年市場規模億美元,占比22%):又稱IGBT單管,采用N溝道增強型絕緣柵雙極晶體管結構,給PNP型晶體管提供基極電流使其導通,電流通常在100A以下,故適用功率較低,外部電路較為復雜。
IPM(2019年市場規模億美元,占比26%):即智能功率模塊(Intelligent Power Module),是一種將IGBT等功率開關器件、驅動電路及保護電路等集成在一起的半導體模塊,通過模塊化的方法,IPM具有可降低設計成本、可靠性高、可自我診斷/保護等優勢,主要應用變頻白色家電領域。
分立器件主要以功率半導體器件為主,本質上就是進行功率處理的,具有處理高電壓、大電流能力的器件,主要用途包括電壓/電流的變頻、變壓、變相、整流、逆變、開關等。
功率半導體器件按照控制種類可以分為不可控型、半可控型、全控型三大類產品,其中:
不可控型:主要為二極管相關產品,為兩端器件,分別為陽極和陰極,二極管的開關狀態完全取決于加在陽極和陰極之間的電壓。當所加電壓確定后,二極管的開通和關閉不能通過器件本身進行控制,故稱之為不可控型器件;
半可控型:主要為晶閘管產品,為三端器件,除了陽極、陰極之外,還增加了一個控制門極。這種產品的開通除了在陽極和陰極之間加一定的電壓之外,還需要在門極和陰極之間輸入可控功率。這類產品一旦開通就無法再通過門極來關斷,因此被稱為半可控型器件;
全控型:主要為BJT、MOSFET、IGBT等類產品,為三端器件,這類產品可以同時控制開通與關斷,稱之為全控型器件;
由于其開關完全可控的特點,全控型功率器件被廣泛使用,主要包括BJT、MOSFET、IGBT等,其中:
BJT即Bipolar Junction Transistor(雙極結型晶體管),屬于電流控制器件,BJT主要特點是飽和壓降低,通態電流大,耐壓高,并且雙極型晶體管體積小、重量輕、耗電少、壽命長、可靠性高,應用十分廣泛。但是雙極型晶體管開關速度慢,輸入阻抗低,功耗大,限制了其在大規模集成電路中的應用。目前BJT已廣泛用于廣播、電視、通信、雷達、計算機、自控裝臵、電子儀器、家用電器等領域,起放大、振蕩、開關等作用;
MOSFET即Metal-Oxide-Semi Field Effect Transistor(金氧半導體場效應管),屬于電壓控制器件,MOSFET主要特點就是驅動電路簡單,驅動功率低,開關速度快,高頻特性好,最高工作頻率可以達到1MHz以上,適用于開關電源和高頻感應加熱等高頻場合,且安全工作區廣,沒有二次擊穿問題,耐破壞性強。但是MOSFET也因為電流容量小,耐壓低,飽和壓降高,不適用于大功率裝臵。目前MOSFET主要應用于電壓低于1000V,功率從幾瓦到數千瓦的場合,廣泛應用于充電器,適配器,電機控制,PC電源,通信電源,新能源發電,UPS,充電樁等場合;
IGBT即Insulated Gate Bipolar(絕緣柵雙極晶體管),屬于電壓控制器件,是由BJT 和MOSFET 組成的復合功率半導體器件。
IGBT結合了BJT和MOSFET的優點,既有MOSFET 的開關速度快、輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關損耗小的優點,又有BJT 導通電壓低、通態電流大、損耗小的優點,在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的,因而是電力電子領域較為理想的開關器件,是未來應用發展的主要方向。
當然,IGBT并不能完全替代BJT、MOSFET,三者根據各自的器件性能優勢,都有適合的應用領域。BJT更強調工作功率,MOSFET更強調工作頻率,而IGBT是工作功率和頻率兼具。
從2017年WSTS統計的功率器件市場上來看,二極管、晶閘管、BJT、MOSFET、IGBT都占據較大的份額,其中MOSFET占比最多31%,其次是二極管和整流橋,占比29%,BJT和晶閘管占比21%,IGBT占比19%。
從物理特性來看:IGBT是由BJT和MOSFET組成的復合器件,相比MOSFET犧牲了一定的開關速度,但具有其輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單等特點,又兼具了BJT導通壓降低、通態電流大、損耗小的特點,這些物理特性使得IGBT常用于工控、新能源汽車、光伏/風力發電、變頻家電、動車等中大功率應用。
烜芯微專業制造二極管,三極管,MOS管,橋堆等20年,工廠直銷省20%,4000家電路電器生產企業選用,專業的工程師幫您穩定好每一批產品,如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以點擊右邊的工程師,或者點擊銷售經理給您精準的報價以及產品介紹
烜芯微專業制造二極管,三極管,MOS管,橋堆等20年,工廠直銷省20%,4000家電路電器生產企業選用,專業的工程師幫您穩定好每一批產品,如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以點擊右邊的工程師,或者點擊銷售經理給您精準的報價以及產品介紹