電磁爐的IGBT工作原理是什麼?有何依據?

靈異不可怕


IGBT可以簡單理解成一種高性能的開關管,在很多需要變流的場所使用,比如變頻器,電源電路等,一般電機控制環境使用比較多,講白了,就是一個可以快速開啟和斷開電壓電流的電子開關,電磁爐之所以使用它,是因為電磁爐需要把普通的50HZ交流電,變成20-40KHZ的高頻交流電,如下圖,先把50HZ的交流電,整流成直流穩壓濾波,然後通過IGBT去通斷電流,這樣讓線圈上產生了高頻的電流,進而實現了加熱需要,如果普通的繼電器能實現這麼快的高頻開關動作,繼電器也能完成這個功能,但是因為沒有這麼快,所以需要用IGBT來實現了,請關注

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IGBT的中文名稱叫絕緣柵雙極晶體管,可以進一步理解成一種特殊的三極管,從外形來看,單管IGBT也和一般的大功率三極管是非常像的。

從內部結構來看,它也是利用雙極型三極管(BJT)和絕緣柵型場效應管(MOS)來改進組成的新型管子,這樣它就具備了GTR的低導通壓降和MOS管的高輸入阻抗的優點了。

因為MOS管是電壓驅動,功耗低,頻率快,但是導通的壓降比較大,整體載流密度低,而且耐壓不高。GTR管子是電流驅動,載流密度高,但是飽和壓降比較低了,綜合起來後,IGBT就在變流上有了兩種管子的優點,在一些高頻高壓場合得到廣泛應用。

所以IGBT只是一個電子開關,只有通斷兩種狀態,沒有放到的功能,它靠的是控制柵源極的電壓,只要兩者之間的電壓大於6伏,一般是12-15伏,IGBT就會導通,兩者之間沒有電壓(一般考慮干擾問題,需要加負壓保護),IGBT就會關斷。


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IGBT這個場控器件,也叫絕緣柵雙極型晶體管,用的地方很多。小到家用電器,如電磁爐、開關電源,高大上的就是高鐵也用,在工業用如變頻器、交流電機等,其實很多領域都離不開它。從外觀上看,跟晶體三極管幾乎一個模子。


IGBT的結構圖如下

IGBT屬於三端器件,由柵極(G)、集電極(C)、發射極(E)構成。上圖所示的IGBT雙極型晶體管跟VDMOSFET組合的,其中多出來的一層P+是為了實現對漂移區的電導率進行調製,使IGBT具有很強的流通能力。

IGBT的工作原理:IGBT的簡化等效電路圖如下

這個IGBT是達林頓結構的簡化等效電路圖,由MOSFET跟GTR組成。IGBT的通與斷取決於柵極(F)跟發射極(E)之間的電壓UGE。當IGBT的UGE電壓為正時,且高於其閥值電壓,那麼MOSFET內會形成溝道,此時GTR就會得到基極電流使IGBT導通。當柵極與發射極加反向電壓或不供信號,那麼MOSFET內的溝道會消失,此時GTR的基極電流會被切斷,使IGBT關斷。由於電導調製效應使得基極電阻RN減小,因此耐高壓的IGBT也具有較小的通態壓降。


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