绝缘栅双极型晶体管工作原理、应用领域是什么

绝缘栅双极型晶体管（简称：IGBT）是一种用于高压、高电流电路中的半导体器件，它是双极型晶体管和金属氧化物场效应晶体管的结合体，具有两者的优点和特性，绝缘栅双极型晶体管具有低导通压降和高阻挡电压的特点，广泛应用于交流调制和变换器、频率变换器、伺服驱动、照明等领域，本文会详细介绍绝缘栅双极型晶体管的工作原理、应用领域。

一、绝缘栅双极型晶体管工作原理

绝缘栅双极型晶体管通常由三个区域组成：漏极（Drain）、集电区（Collector）、基极（Emitter），漏极是N型半导体材料，基区和集电区是P型半导体材料，在基区和漏极之间由一个绝缘层分隔，形成了MOSFET的栅极。

当MOSFET栅极施加正电压时，漏极与集电区之间的P-N结会出现倒向极化，产生漏极区的空穴和集电区的电子，这时，空穴与电子从基极区向漏极区和集电区扩散，形成了漏极和集电区之间的双极型晶体管结构。

当加在MOSFET栅极的电压为零或负电压时，MOSFET的栅极-漏极结会变为反向偏置，阻止了栅极电流的流过，这样，双极型晶体管就处于断路状态。

当MOSFET栅极施加正电压时，栅极-漏极结就会导通，导通电流越大，在漏极区内的载流子浓度就越高，同时P-N结的带电情况也会变化，由于有PNP型双极型晶体管的参与，所以我们可以仿照P-N-P型双极型晶体管的工作原理，理解IGBT的导通过程。

IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化，由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏沟道，而这个沟道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDSon数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。

虽然新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDSon特性，但是在高耐压的器件上，功率导通损耗仍然要比IGBT技术高出很多，较低的压降，转换成一个低VCEsat的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。

二、绝缘栅双极型晶体管应用领域

1、电力电子领域

绝缘栅双极型晶体管在电力电子领域应用广泛，比如在高压直流输电中，IGBT被用作变流器的开关管，能够将交流电转化为直流电，并将电流输送到远距离的地区，供电告诉现代社会的各种设备。此外，IGBT还广泛应用于逆变器、变频器、电轨牵引、低压电力配电系统等领域。

2、各种工业应用

IGBT也被广泛应用于机床工业、冶金工业、化工工业、纺织、食品、交通运输、医疗设备和照明等领域，IGBT被用于实现比例控制、匹配负载、变压器调节、自由运行和变得稳定等功能，在现代工业领域，IGBT是实现自动控制和过程控制的重要设备。

3、汽车电子应用

现代汽车中电子元件的应用越来越广泛，IGBT是其中之一，在汽车中，IGBT被用于电机控制，例如控制混合动力汽车的电动驱动单元、电动汽车的电驱动系统和可充电汽车的充电系统等。

IGBT在先进的汽车电子中也被用于实现高效的电能转换和电能储存。当汽车研发人员不断提高IGBT的工作功率和稳定性时，IGBT的应用前景将进一步扩大。

4、其他应用领域

IGBT还在其它领域中有应用，比如计算机设备，包括服务器、控制器、打印机，以及家用电器类，如冰箱、微波炉、空调等，这些电子设备的功率通常较低，然而对其工作效率和可靠性的要求较高，因此IGBT也被用于这些应用领域。

总体来看，绝缘栅双极型晶体管是一种应用广泛、功能强大的半导体器件，被用于各种高电压、高电流功率电子设备中，目前IGBT正在不断的发展和完善中，特别是在提高其功率和稳定性方面上，有着广泛的应用前景。