三極管-MOSFET-IGBT的區(qū)別是什么

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(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件。由于導(dǎo)通損耗小、通態(tài)電流大等特性，IGBT主要應(yīng)用于高壓、大電流的中大功率場景，作為能源轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)暮诵钠骷琁GBT廣泛應(yīng)用于新能源汽車、新能源發(fā)電、工控、變頻家電等領(lǐng)域，被稱為“電力電子系統(tǒng)的CPU”。在實際應(yīng)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(guī)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(dǎo)體產(chǎn)品。IGBT模塊可將多個IGBT芯片以絕緣方式組裝到DBC基板上，進(jìn)行模塊化封裝，有效提升了可靠性和穩(wěn)定性，降低了外部電路的復(fù)雜性，也更適合高壓和大電流場景，是目前IGBT最常見的應(yīng)用模式。

IGBT分立器件（2019年市場規(guī)模億美元，占比22%）：又稱IGBT單管，采用N溝道增強(qiáng)型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)，給PNP型晶體管提供基極電流使其導(dǎo)通，電流通常在100A以下，故適用功率較低，外部電路較為復(fù)雜。

IPM（2019年市場規(guī)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(guān)器件、驅(qū)動電路及保護(hù)電路等集成在一起的半導(dǎo)體模塊，通過模塊化的方法，IPM具有可降低設(shè)計成本、可靠性高、可自我診斷/保護(hù)等優(yōu)勢，主要應(yīng)用變頻白色家電領(lǐng)域。

分立器件主要以功率半導(dǎo)體器件為主，本質(zhì)上就是進(jìn)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(guān)等。

功率半導(dǎo)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(chǎn)品，其中：

不可控型：主要為二極管相關(guān)產(chǎn)品，為兩端器件，分別為陽極和陰極，二極管的開關(guān)狀態(tài)完全取決于加在陽極和陰極之間的電壓。當(dāng)所加電壓確定后，二極管的開通和關(guān)閉不能通過器件本身進(jìn)行控制，故稱之為不可控型器件；

半可控型：主要為晶閘管產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品一旦開通就無法再通過門極來關(guān)斷，因此被稱為半可控型器件；

全控型：主要為BJT、MOSFET、IGBT等類產(chǎn)品，為三端器件，這類產(chǎn)品可以同時控制開通與關(guān)斷，稱之為全控型器件；

由于其開關(guān)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(jié)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(tài)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(yīng)用十分廣泛。但是雙極型晶體管開關(guān)速度慢，輸入阻抗低，功耗大，限制了其在大規(guī)模集成電路中的應(yīng)用。目前BJT已廣泛用于廣播、電視、通信、雷達(dá)、計算機(jī)、自控裝臵、電子儀器、家用電器等領(lǐng)域，起放大、振蕩、開關(guān)等作用；

MOSFET即Metal-Oxide-Semi Field Effect Transistor（金氧半導(dǎo)體場效應(yīng)管），屬于電壓控制器件，MOSFET主要特點就是驅(qū)動電路簡單，驅(qū)動功率低，開關(guān)速度快，高頻特性好，最高工作頻率可以達(dá)到1MHz以上，適用于開關(guān)電源和高頻感應(yīng)加熱等高頻場合，且安全工作區(qū)廣，沒有二次擊穿問題，耐破壞性強(qiáng)。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(yīng)用于電壓低于1000V，功率從幾瓦到數(shù)千瓦的場合，廣泛應(yīng)用于充電器，適配器，電機(jī)控制，PC電源，通信電源，新能源發(fā)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(fù)合功率半導(dǎo)體器件。

IGBT結(jié)合了BJT和MOSFET的優(yōu)點，既有MOSFET 的開關(guān)速度快、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單、開關(guān)損耗小的優(yōu)點，又有BJT 導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)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(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件，是未來應(yīng)用發(fā)展的主要方向。

當(dāng)然，IGBT并不能完全替代BJT、MOSFET，三者根據(jù)各自的器件性能優(yōu)勢，都有適合的應(yīng)用領(lǐng)域。BJT更強(qiáng)調(diào)工作功率，MOSFET更強(qiáng)調(diào)工作頻率，而IGBT是工作功率和頻率兼具。

從2017年WSTS統(tǒng)計的功率器件市場上來看，二極管、晶閘管、BJT、MOSFET、IGBT都占據(jù)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(fù)合器件，相比MOSFET犧牲了一定的開關(guān)速度，但具有其輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單等特點，又兼具了BJT導(dǎo)通壓降低、通態(tài)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(fēng)力發(fā)電、變頻家電、動車等中大功率應(yīng)用。

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