絕緣柵雙極型晶體管的案例
基于富勒烯浮柵層的雙極型柔性突觸晶體管
受到這種有潛力的生物學功能的啟發，具有橫向和縱向導電通道的浮柵存儲晶體管被提出來模擬生物突觸的信號傳遞以及學習過程。然而絕大多數晶體管都是單極型電荷捕獲，同時具有較大的操作電壓以及很高的能耗。因此，開發簡單溶液法制備的低操作電壓的雙極型突觸晶體管不僅能大大減少集成能耗，還能提高突觸權重可調節范圍。
【成果簡介】
深圳大學周曄研究員和韓素婷副教授等在柔性場效應晶體管中第一次采用簡單的溶液法制備的C60和PMMA的混合體系作為浮柵層和隧穿層，系統性研究柔性晶體管在不同形貌下的電學性質，包括窗口，開關比，保持時間以及耐力屬性等等，同時成功模擬了生物突觸的多種學習與記憶功能，對今后有機突觸晶體管的開發有一定的指導和借鑒意義。
相應工作以“Gate-Tunable Synaptic Plasticity through Controlled Polarity of Charge Trapping in Fullerene Composites”為題，發表在Advanced Functional Materials (2018, 1805599)上，共同第一作者為深圳大學高等研究院研究生任意及電子科學與技術學院本科生楊嘉欽。
【圖文導讀】
圖1
柔性晶體管的表征以及電學性能
a.三維柔性晶體管器件示意圖。
b. 器件的橫截面SEM圖像側視圖。
c. 均勻并五苯薄膜的AFM形貌圖。
d. PET基底上不同比例C60和PMMA混合層的吸收光譜。
e. 只包含PMMA的晶體管的轉移特性曲線；插圖是制備的柔性器件圖。
f.器件的輸出特性曲線。
g-i.
展開 國內國外主要IGBT廠商匯總！
IGBT ，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，具有高頻率、高電壓、大電流、易于開關等優良性能，被業界譽為功率變流裝置的“CPU”。
研究數據顯示，電動汽車的發展將帶動IGBT市場總值持續成長，預估2021年IGBT的市場總值將突破52億美元。
一文讀懂IGBT在新能源電動汽車中的應用
1、IGBT定義
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管
IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品
2、IGBT的用途
IGBT是能源變換與傳輸的核心器件，俗稱電力電子裝置的“CPU”，應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域。
封裝后的IGBT模塊直接應用于變頻器、UPS不間斷電源等設備上
3、IGBT模塊的特點
IGBT模塊具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點
當前市場上銷售的多為此類模塊化產品，一般所說的IGBT也指IGBT模塊
4、用最簡單的語言概括IGBT的功能和作用
控制能源的變換和傳輸
5、為什么電動汽車需要IGBT？
IGBT的作用是交流電和直流電的轉換，同時IGBT還承擔電壓的高低轉換的功能。
外界充電的時候是交流電，需要通過IGBT轉變成直流電然后給電池，同時要把220V電壓轉換成適當的電壓以上才能給電池組充電。
電池放電的時候，把通過IGBT把直流電轉變成交流電機使用的交流電，同時起到對交流電機的變頻控制，當然變壓是必不可少的。
IGBT是功率半導體器件，可以說是電動車的的核心技術之一,IGBT的好壞直接影響電動車功率的釋放速度。
展開 IGBT全球缺貨成香餑餑，對從業者來說是紅利期到了嗎？
IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是一種廣泛應用于電動汽車、太陽能光伏、高速鐵路等領域的高壓功率半導體器件，近期出現了嚴重的供不應求的現象，不僅價格上漲，而且難以采購。據報道，IGBT陷入大缺貨，缺貨問題至少在2024年中前難以解決。此前有消息稱，部分廠商IGBT產線代工價上漲10%。這究竟是什么原因導致的呢？
一、IGBT是什么？
首先，我們先來認識一下IGBT。IGBT是絕緣柵雙極型晶體管的英文縮寫，是一種由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，具有高輸入阻抗和低導通壓降的優點 。IGBT是電力電子裝置的核心器件，廣泛應用于工業、通信、計算機、消費電子、汽車電子、航空航天、國防軍工等領域，以及軌道交通、新能源、智能電網、新能源汽車等戰略性新興產業領域 。
IGBT的工作原理是利用MOS管的柵極溝道來控制BJT的集電極電流，實現對輸出功率的調節。IGBT有三個電極，分別為G-柵極，C-集電極，E-發射極。IGBT的導通和關斷狀態取決于柵-射極電壓UGE和集-射極電壓UCE的大小 。當UGE大于一定的閾值Uth時，MOS管形成溝道，BJT導通，IGBT呈導通狀態；當UGE小于或等于Uth時，MOS管溝道消失，BJT關斷，IGBT呈關斷狀態。當UCE為負值時，IGBT呈反向阻斷狀態。IGBT的開關速度受到BJT的載流子復合時間的影響，因此IGBT一般適用于中低頻率的開關應用。
二、IGBT為什么全球缺貨？
先說結論：IGBT全球缺貨是由市場需求和供應兩方面共同作用的結果，其中新能源汽車和太陽能光伏是主要的驅動因素。
市場需求方面，一是新能源汽車的快速發展。隨著全球對碳中和的追求，新能源汽車成為了未來交通出行的主流選擇，各國政府也紛紛出臺了鼓勵和支持新能源汽車發展的政策和補貼。
展開 
IGBT自主研發 比亞迪打破國外企業壟斷
電機驅動部分最核心的元件就是IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片），它能夠占到電機驅動系統成本的一半，電機驅動又占據車型成本的15%左右，因此IGBT是電動車當中成本第二高的元件。
汽車IGBT技術長期被國外企業壟斷，比亞迪首次外宣布采用自主研發IGBT功率器件，意味著在這項關鍵技術和元件上面，比亞迪擁有了自主可控的能力，不再受制于人，在未來新能源全面替換傳統燃油汽車過渡期以至于電動車時代占據主動。
實際上，據比亞迪介紹，在之前公布的秦、唐等車型上，已經采用自主研發IGBT模塊，但并未對外宣傳。
目前，比亞迪現已擁有國內首個汽車IGBT打造鏈條，包括IGBT芯片設計、晶圓制造、模塊封裝等部分，還有與仿真測試以及整車測試。目前在該品牌車型當中已經安裝了60萬，具備一定規模。這一核心技術的自主開發和規模化應用讓他們擁有了一項電動車核心競爭力。
展開 比亞迪IGBT6.0芯片將發布：性能重大突破
IGBT4.0芯片通過精細化平面柵設計，使得同等工況下，綜合損耗較市場主流產品降低了約20%，整車電耗顯著降低。
比亞迪半導體稱，IGBT6.0芯片采用新一代自主研發的高密度溝槽柵技術，相較同類產品在可靠性及產品性能上將實現重大突破，達到國際領先行列。
資料顯示，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)是一種大功率的電力電子器件，主要用于變頻器逆變和其他逆變電路，將直流電壓逆變成頻率可調的交流電，俗稱電力電子裝置的“CPU”。
IGBT是新能源汽車最核心的技術，其好壞直接影響電動車功率的釋放速度：直接控制直、交流電的轉換，同時對交流電機進行變頻控制，決定驅動系統的扭矩（直接影響汽車加速能力）、最大輸出功率（直接影響汽車最高時速）等。
來源：快科技
展開 《電力電子和電力拖動控制系統的MATLAB仿真》
【目錄】
前言
第1章 MATLAB基礎
1.1 MATLAB介紹
1.2 MATLAB的安裝和啟動
1.3 MATLAB環境
1.4 MATLAB的計算基礎
1.5 MATLAB程序設計基礎
1.6 MATLAB常用的其他命令
1.7 MATLAB的繪圖功能
1.8 電力電子電路波形圖的繪制
第2章 SIMULINK環境和模型庫
2.1 系統仿真環境
2.2 SIMULINK模型庫中的模塊
2.3 電力系統模型庫
第3章 電力電子器件模型
3.1 二極管模型
3.2 晶閘管模型
3.3 可關斷晶閘管模型
3.4 電力場效應晶體管模型
3.5 絕緣柵雙極型晶體管模型
3.6 理想開關模型
3.7 三相橋式整流電路模型
3.8 多功能橋式電路模型
3.9 驅動模型
第4章 變壓器和電動機模型
……
第5章 電力電子變流電路的仿真
第6章 直流調速系統的仿真
第7章 交流調速系統的仿真
第8章 提高功率因數的電力變流電路仿真
參考文獻
展開 考慮焊料空洞損傷的IGBT雙向熱網絡模型
蔡彥閣1，杜明星1，姚婉榮2
（1.天津理工大學 天津市復雜系統控制理論及應用重點實驗室
2.天津中科華盈科技有限公司）
摘 要 ：絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）模塊的老化狀態和封裝結構對 IGBT 芯片的結溫及溫度分布產生影響，但傳統熱網絡模型往往會忽視硅膠和外殼對結溫的影響，造成結溫估計不準確。針對此問題建立考慮硅膠和外殼的雙向熱網絡模型，在考慮芯片焊料層空洞的基礎上對模型進行優化，并利用有限元仿真，分析硅膠和外殼對 IGBT 模塊芯片溫度分布的影響，進而分析出現空洞后熱網絡模型參數的計算方法。最后，通過實驗證明雙向熱網絡模型的正確性。與傳統熱網絡模型相比，該模型的參數計算方法簡單，結溫計算準確，更適用于 IGBT 模塊可靠性的檢測和診斷。
展開 新能源汽車電機控制器
IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR（電力晶閘管）的低導通壓降兩方面的優點。
IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品；封裝后的IGBT模塊直接應用于電機控制器、變頻器、UPS不間斷電源等設備上；目前IGBT主要的幾種封裝形式如圖6所示，單管IGBT,表貼式IGBT,雙面水冷IGBT等，同時根據目前新能源汽車整體的發展趨勢，高功率密度，高效率，輕量化等方向，IGBT封裝也在朝雙面水冷，SiC，GaN等方向發展。
圖6
第二個要介紹的是主控板上主控芯片（DSP），它作為電機控制器整個產品的控制核心，在整個PCB板上單個元器件的成本也是比較高的，目前行業比較主流的幾個品牌有英飛凌、TI、飛思卡爾等，根據新能源汽車行業功能安全要求，三個品牌目前都已有滿足功能安全要求的汽車級產品，當然目前乘用車行業市占率相對比較高的芯片還是英飛凌的TC 275系列，目前已有好幾家企業達到了ASIL C及以上功能安全等級。
第三個要介紹的就是功率電容，它在產品中的作用主要是濾波及儲能，目前行業基本都是采用定制電容，以達到產品體積空間利用最優化，如圖7所示為其中一種定制形狀。
展開 APF和SVG區別與聯系
指令電流運算電路實時監測線路中的電流，并將模擬電流信號轉換為數字信號，送入高速數字數字信號處理器(DSP)對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)或IPM功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等，極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。
那么，諧波是怎么產生的？
諧波的產生是由于正弦波電壓施加在非線性負載上，電流就變成了非正弦波，非正弦波電流在電網阻抗上產生降壓，會使電壓波形也變成非正弦波。如今在通訊、半導體、石化、化纖、鋼鐵中加熱爐和汽車制造等行業中廣泛使用的負載大部分為非線性負載，如變頻調速設備、整流器、不間斷電源、開關電源、電弧爐、焊接設備、電腦、電梯、變頻空調、節能燈和復印機等等。由于這些非線性負載所產生的大量諧波電流涌入電網中，導致電壓波形發生畸變現象。這種諧波污染對電網和用戶產生了嚴重的危害。
那么什么是SVG呢？
SVG中文名叫做靜止無功發生器，英文描述為：Static Var Generator，簡稱為SVG。又稱高壓動態無功補償發生裝置，或靜止同步補償器。是指由自換相的電力半導體橋式變流器來進行動態無功補償的裝置。SVG是目前無功功率控制領域內的很不錯方案。相對于傳統的調相機、電容器電抗器、以晶閘管控制電抗器TCR為主要代表的傳統SVC等方式，SVG有著無可比擬的優勢。
那它們之間有沒有什么聯系和區別？
區別：SVG是靜態無功補償設備，是用來提高系統功率因數的；而有源濾波器（目前市面所能見到的有源濾波器都是并聯的）是諧波補償設備，是用來消除系統內的諧波的。這是兩者的重要的區別。
聯系就是：兩者可以組合在一起使用，在補償無功功率的同時，亦可以對系統內的諧波電流進行抑制。
展開 Simdroid-EC：液冷仿真新星，助力新能源汽車電機控制器高效散熱
電機控制器在新能源汽車中對于保障動力和安全性能扮演著至關重要的角色，其核心部件IGBT（絕緣柵雙極型晶體管，一種電壓驅動式功率半導體器件）在工作時會因自身的功率損耗而產生大量熱量，一旦溫度超出規定的安全范圍，其性能就會顯著下降，嚴重情況下甚至會造成器件的永久性損壞，影響整個新能源汽車的動力輸出和行駛性能。
基于上述問題，鑒于液體的比熱容較大，能吸收大量熱量而自身溫度升高較小，因此該行業廣泛采用液冷技術實現IGBT的有效散熱。此外，冷卻液可直接接觸IGBT模塊，使其溫度分布更均勻，避免局部過熱，進而有效延長IGBT模塊的使用壽命。
伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC）能夠精準模擬IGBT在不同工況下的溫度分布情況，從而有針對性地優化散熱方案，確保IGBT始終處于安全的溫度區間內，保障其可靠運行。
Simdroid-EC功能亮點
Simdroid-EC是基于伏圖平臺（Simdroid）開發的針對電子元器件、設備等散熱的專用熱仿真模塊，內置電子產品專用零部件模型庫，支持用戶通過“搭積木”的方式快速建立電子產品的熱分析模型，并利用成熟穩定的算法計算流動與傳熱問題，對電子產品進行高效的熱可靠性分析；可廣泛應用于通信設備、電力電子、半導體產品與設備、汽車、航空航天等工業領域。
本文通過某電機控制器的案例來說明Simdroid-EC的功能亮點。
1. CAD模型導入
通過Simdroid-EC導入接口，可以直接導入液冷流道和IGBT的.stp模型文件，無需打散，可完整還原導入體原貌。
導入模型
2. 便捷多流體域劃分
Simdroid-EC的多流體域仿真功能非常便捷。只需將智能元件流體標記點放入流體域中，軟件即可自動識別到連通的腔體，并形成流體域，無需繁復地用體積區域搭建流體區域。
展開 
基于comsol的IGBT熱應力研究，IGBT芯片細節模型 ￥2400
</p><p><br></p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_rar.gif"><a href="https://oss.jishulink.com/upload/201908/9ae51ebe3641470a9afd0caa2ba7d63a.rar" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">IGBT電熱力分析.rar</a></p><p> IGBT是英文單詞Insulated Gate Bipolar Transistor，它的中文意思是絕緣柵雙極型晶體管。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201908/0703354b660644a19d1629cb28ed7165.gif"></p><p>從功能上來說，IGBT就是一個電路開關，優點就是用電壓控制，飽和壓降小，耐壓高。用在電壓幾十到幾百伏量級、電流幾十到幾百安量級的強電上的。IGBT是能源變換與傳輸的核心器件，俗稱電力電子裝置的“CPU”，作為國家戰略性新興產業，在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域應用極廣。</p><p> 近年來隨著人們對電力電子裝置要求的日漸提高,電子設備及系統正向小型化、多功能方向發展,IGBT模塊也正在向小尺寸、大功率的方向發展。
展開 會像手機芯片一樣被掐脖子？這件事比亞迪你要爭氣啊！
功率模塊
目前，電動車上采用功率元件是硅基IGBT（絕緣柵雙極型晶體管），現在，第三代SiC（碳化硅）功率元件已經悄然來到，SiC會給我們的新能源汽車帶來什么樣的改變？中國車企在SiC面前是否會像國產手機一樣面對“缺芯少魂”的窘境呢？關注這個話題的看官老爺們不妨花兩分鐘一起來了解一下。
在電動車上，功率元件的成本僅次于電池，是新能源車的核心零部件之一，相比電池電芯的供貨渠道寬泛，先進功率元件的制造生產卻只掌握在少數企業手中，如果說今年手機芯片斷供風波讓國人見識到了國內企業在半導體方面的掣肘，那么，先進功率元件對于國內新能源汽車的影響一點不亞于芯片之于手機的影響。
SiC元件比硅基IGBT強在哪呢？首先是功率損失降低。在有電驅系統中，電池輸出的電流都需要經過功率元件的功率轉化才能驅動電機，功率轉化過程中都會有一定損耗，而當功率元件由硅基IGBT換成SiC元件后，功率損耗將減少85%，這對于極其在意續航能力的電動車來說將受益匪淺。
現實中，率先采用SiC模塊的車型是比亞迪漢EV和特斯拉Model 3，兩臺車能耗在同級別產品中都屬于頂尖水平，據悉，在不改變電機功率和電池容量的情況下，用SiC功率元件取代現有的硅基IGBT后，電動車NEDC續航能力提升了約5%-10%。
SiC元件另一個優勢是功率密度極高。包括SiC、GaN等在內的第三代半導材料具有耐高溫、耐高壓、耐高頻的特點，可以大幅度簡化器件結構，減小器件體積，甚至利用第三代半導體元件可以將一個變電站壓縮到一個手提箱大小。
展開 現代聯手SK競逐350kW充電樁 大功率時代有多遠
就北京新能源汽車股份有限公司技術高級經理白健介紹，大功率充電技術需要改進PEU(動力控制單元)，如：MCU(電機控制單元)中IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)需要重新選型、OBC(車載充電機)輸出側變壓器需要調整、電容和二極管等元器件要選用900V以上的耐壓等級器件；DC/DC方面，也需要調整輸入側變壓器；動力電池系統(BMS)和整車控制系統(VCU)方面，主要是溫度方面傳感器的增加，控制策略和保護策略的調整和設計。另外，高壓線束方面也需要進行優化設計。而這將極大增加企業的研發成本。
除增加研發成本外，國內目前技術也尚難以做到350kW超快充樁的“完全體”。以IGBT為例，如果系統是300V，IGBT電壓等級需要600V，國產的產品即可滿足要求。但如果系統是1000V，IGBT電壓等級需要達到1400V，則只能從國外進口，而且國外能生產的企業也不多，如三菱、英飛凌。而如果IGBT提高到1700V的，則只有英飛凌可以提供，況且壟斷企業的產品售價也不會便宜。
另外，在350kW超快速充電樁普及后，如何提高整個設備的功率兼容性也是零部件廠商及車企需要考慮的問題。當電壓提升到1000V之后，如果仍然給電壓平臺為350V的車來充，利用率將僅有1/3，實為“殺雞用牛刀”。
全球知名零部件廠商及車企紛紛布局350kWk超快速充電樁，也表明了超快速充電樁將成為未來的趨勢。然而受制于技術原因，企業投入等問題，350kW超快速充電樁在短時間內難以普及。同時大功率充電技術涉及很多問題，包括插座設計、溫度管理、壽命管理、冷卻系統、成本問題及對電網的沖擊等，這些問題需要不斷摸索技術，并積極實驗驗證。
展開 MOS管和IGBT管有什么區別？
在電路設計中，MOS管和IGBT管會經常出現，它們都可以作為開關元件來使用，MOS管和IGBT管在外形及特性參數也比較相似，那為什么有些電路用MOS管？而有些電路用IGBT管？
下面我們就來了解一下，MOS管和IGBT管到底有什么區別吧！
什么是MOS管？
場效應管主要有兩種類型，分別是結型場效應管（JFET）和絕緣柵場效應管（MOS管）。
MOS管即MOSFET，中文全稱是金屬-氧化物半導體場效應晶體管，由于這種場效應管的柵極被絕緣層隔離，所以又叫絕緣柵場效應管。
MOSFET又可分為N溝耗盡型和增強型；P溝耗盡型和增強型四大類。
▲ MOSFET種類與電路符號
有的MOSFET內部會有個二極管，這是體二極管，或者叫寄生二極管、續流二極管。
關于寄生二極管的作用，有兩種解釋：
1、MOSFET的寄生二極管，作用是防止VDD過壓的情況下，燒壞MOS管，因為在過壓對MOS管造成破壞之前，二極管先反向擊穿，將大電流直接到地，從而避免MOS管被燒壞。
2、防止MOS管的源極和漏極反接時燒壞MOS管，也可以在電路有反向感生電壓時，為反向感生電壓提供通路，避免反向感生電壓擊穿MOS管。
MOSFET具有輸入阻抗高、開關速度快、熱穩定性好、電壓控制電流等特性，在電路中，可以用作放大器、電子開關等用途。
什么是IGBT？
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由晶體三極管和MOS管組成的復合型半導體器件。
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