IGBT 基础教程：第 1 部分如何选择 IGBT

IGBT全称叫绝缘栅双极型晶体管，是一种复合型结构器件，它结合了MOS晶体管和BJT双极型晶体管的优点，在电压电流转换，电能输出领域用的非常多，特别是在高压大电流领域，IGBT占主导地位，是人类控制电能，利用电能的核心半导体器件之一，这种主要应用在电子电力转换领域的半导体器件，我们统称功率半导体，最简单的应用，比如我们的笔记版电脑上都带有电源适配器，这里面就是IGBT，起到一个升降压，交直流变化的过程，显然IGBT是功率半导体中最重要的一员。它的功能就是控制电，是电能转换与应用的核心芯片。

绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 结合了易于驱动的 MOS 栅极和低传导损耗，正在迅速取代功率双极晶体管，成为大电流和高电压应用的首选器件。开关速度、传导损耗和耐用性之间的权衡平衡现在正在微调，因此 IGBT 正在蚕食功率 MOSFET 的高频、高效率领域。事实上，除了极低电流应用外，行业趋势是 IGBT 取代功率 MOSFET。

清洁能源的大规模推广，对IGBT提出更高的需求，最典型就是光伏逆变器的应用，这里面需要大量高压，超高压的IGBT以及IGBT模块，来让光伏发出的粗电，变成能平稳上网的精细电，因此这是未来碳中和非常重要的环节。

IGBT在电动车时代的应用，过去汽车都是燃油车，无论汽油怎么改，都不能改变汽油车尾气的排放问题，但是现在提倡的是节能环保的新能源车，未来将是新能源电动汽车时代，而电动汽车又需要用到大量的IGBT等功率半导体产品。清洁电能的获取和利用是未来减少二氧化碳排放、实现碳中和的关键，而电能的利用就离不开功率半导体，就离不开IGBT。

如何选择 IGBT

本节特意放在技术讨论之前。对以下一组亟待解决的问题的回答将有助于确定哪种 IGBT 适合特定应用。Non Punch-Through (NPT) 和 Punch-Through (PT) 设备之间的区别以及术语和图表将在后面解释。

1. 工作电压是多少?IGBT 必须阻断的最高电压不应超过 VCES 额定值的 80%。

2. 是硬切换还是软切换?由于尾电流减少，PT 器件更适合软开关，但 NPT 器件也可以工作。

3. 流过设备的电流是多少?零件编号中的前两个数字粗略地指示了可用电流。对于硬开关应用，可用频率与电流的关系图有助于确定设备是否适合应用。应考虑数据表测试条件和应用程序之间的差异，稍后将给出如何做到这一点的示例。对于软开关应用，I C2额定值可用作起点。

4. 期望的开关速度是多少?如果答案是“越高越好”，那么 PT 设备是最佳选择。同样，可用频率与电流的关系图有助于回答硬开关应用的这个问题。

5. 是否需要短路耐受能力?对于电机驱动等应用，答案是肯定的，而且开关频率也往往相对较低。将需要 NPT 装置。开关模式电源通常不需要短路能力。

Microsemi 的高级电源技术提供三个系列的 IGBT，以涵盖广泛的应用：

· 功率 MOS 7 系列” 600V 和 1200V PT 技术 IGBT 在部件号中标有“GP”，是市场上最快的 IGBT 之一，设计用于高频和/或软开关等尾电流敏感应用。

· Thunderbolt 系列“仅 600V 的 NPT 技术 IGBT，在部件号中标有“GT”，在硬开关应用中能够达到 150kHz 的快速 IGBT，适用于开关模式电源和电机驱动的短路额定坚固器件。

· 快速系列“600V 和 1200V NPT 技术 IGBT 在部件号中标有“GF”，具有低导通电压的短路额定坚固器件，适用于低于 100kHz 的硬开关操作，例如电机驱动器。

APT 的 Power MOS 7 IGBT 的独特之处在于，它们的开关速度极快，并且采用了专有的金属栅极和开式单元结构。结果是极低的内部等效栅极电阻 (EGR)，通常只有几分之一欧姆;比多晶硅栅极器件低一到两个数量级。低 EGR 可实现更快的开关，从而降低开关损耗。金属栅极和开放单元结构还可以实现栅极的极其均匀和快速的激发，从而最大限度地减少开关瞬态期间的热点并提高可靠性。开孔结构也更能容忍制造过程中引起的缺陷。