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    • 发布时间:2020-10-17 18:40:03
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    三极管-MOSFET-IGBT有什么区别
    三极管-MOSFET-IGBT
    IGBT(全称Insulated Gate Bipolar Transistor),即绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。由于导通损耗小、通态电流大等特性,IGBT主要应用于高压、大电流的中大功率场景,作为能源转换与传输的核心器件,IGBT广泛应用于新能源汽车、新能源发电、工控、变频家电等领域,被称为“电力电子系统的CPU”。在实际应用中,IGBT通常可分为IGBT模块、IGBT分立器件及IPM三类:
    IGBT模块(2019年市场规模亿美元,占比51%):由IGBT与FWD通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。IGBT模块可将多个IGBT芯片以绝缘方式组装到DBC基板上,进行模块化封装,有效提升了可靠性和稳定性,降低了外部电路的复杂性,也更适合高压和大电流场景,是目前IGBT最常见的应用模式。
    IGBT分立器件(2019年市场规模亿美元,占比22%):又称IGBT单管,采用N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构,给PNP型晶体管提供基极电流使其导通,电流通常在100A以下,故适用功率较低,外部电路较为复杂。
    IPM(2019年市场规模亿美元,占比26%):即智能功率模块(Intelligent Power Module),是一种将IGBT等功率开关器件、驱动电路及保护电路等集成在一起的半导体模块,通过模块化的方法,IPM具有可降低设计成本、可靠性高、可自我诊断/保护等优势,主要应用变频白色家电领域。
    分立器件主要以功率半导体器件为主,本质上就是进行功率处理的,具有处理高电压、大电流能力的器件,主要用途包括电压/电流的变频、变压、变相、整流、逆变、开关等。
    功率半导体器件按照控制种类可以分为不可控型、半可控型、全控型三大类产品,其中:
    不可控型:主要为二极管相关产品,为两端器件,分别为阳极和阴极,二极管的开关状态完全取决于加在阳极和阴极之间的电压。当所加电压确定后,二极管的开通和关闭不能通过器件本身进行控制,故称之为不可控型器件;
    半可控型:主要为晶闸管产品,为三端器件,除了阳极、阴极之外,还增加了一个控制门极。这种产品的开通除了在阳极和阴极之间加一定的电压之外,还需要在门极和阴极之间输入可控功率。这类产品一旦开通就无法再通过门极来关断,因此被称为半可控型器件;
    全控型:主要为BJT、MOSFET、IGBT等类产品,为三端器件,这类产品可以同时控制开通与关断,称之为全控型器件;
    由于其开关完全可控的特点,全控型功率器件被广泛使用,主要包括BJT、MOSFET、IGBT等,其中:
    BJT即Bipolar Junction Transistor(双极结型晶体管),属于电流控制器件,BJT主要特点是饱和压降低,通态电流大,耐压高,并且双极型晶体管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高,应用十分广泛。但是双极型晶体管开关速度慢,输入阻抗低,功耗大,限制了其在大规模集成电路中的应用。目前BJT已广泛用于广播、电视、通信、雷达、计算机、自控装臵、电子仪器、家用电器等领域,起放大、振荡、开关等作用;
    MOSFET即Metal-Oxide-Semi Field Effect Transistor(金氧半导体场效应管),属于电压控制器件,MOSFET主要特点就是驱动电路简单,驱动功率低,开关速度快,高频特性好,最高工作频率可以达到1MHz以上,适用于开关电源和高频感应加热等高频场合,且安全工作区广,没有二次击穿问题,耐破坏性强。但是MOSFET也因为电流容量小,耐压低,饱和压降高,不适用于大功率装臵。目前MOSFET主要应用于电压低于1000V,功率从几瓦到数千瓦的场合,广泛应用于充电器,适配器,电机控制,PC电源,通信电源,新能源发电,UPS,充电桩等场合;
    IGBT即Insulated Gate Bipolar(绝缘栅双极晶体管),属于电压控制器件,是由BJT 和MOSFET 组成的复合功率半导体器件。
    IGBT结合了BJT和MOSFET的优点,既有MOSFET 的开关速度快、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点,又有BJT 导通电压低、通态电流大、损耗小的优点,在高压、大电流、高速等方面是其他功率器件不能比拟的,因而是电力电子领域较为理想的开关器件,是未来应用发展的主要方向。
    当然,IGBT并不能完全替代BJT、MOSFET,三者根据各自的器件性能优势,都有适合的应用领域。BJT更强调工作功率,MOSFET更强调工作频率,而IGBT是工作功率和频率兼具。
    从2017年WSTS统计的功率器件市场上来看,二极管、晶闸管、BJT、MOSFET、IGBT都占据较大的份额,其中MOSFET占比最多31%,其次是二极管和整流桥,占比29%,BJT和晶闸管占比21%,IGBT占比19%。
    从物理特性来看:IGBT是由BJT和MOSFET组成的复合器件,相比MOSFET牺牲了一定的开关速度,但具有其输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单等特点,又兼具了BJT导通压降低、通态电流大、损耗小的特点,这些物理特性使得IGBT常用于工控、新能源汽车、光伏/风力发电、变频家电、动车等中大功率应用。
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