IGBT的原理
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xhdzkj1 發(fā)布時間：2023-11-14 14:13:17
絕緣柵雙極晶體管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）綜合了電力晶體管（Giant Transistor—GTR）和電力場效應(yīng)晶體管（Power MOSFET）的優(yōu)點，具有良好的特性，應(yīng)用領(lǐng)域很較多 ；IGBT也是三端器件：柵極，集電極和發(fā)射極。
電力MOSFET器件是單極型（N溝道MOSFET中僅電子導(dǎo)電、P溝道MOSFET中僅空穴導(dǎo)電）、電壓控制型開關(guān)器件；因此其通、斷驅(qū)動控制功率很小，開關(guān)速度迅速；但通態(tài)降壓大，難于制成高壓大電流開關(guān)器件。電力三極晶體管是雙極型（其中，電子、空穴兩種多數(shù)載流子都參與導(dǎo)電）、電流控制型開關(guān)器件；因此其通-斷控制驅(qū)動功率大，開關(guān)速度不夠迅速 ；但通態(tài)壓降低，可制成較高電壓和較大電流的開關(guān)器件。為了兼有這兩種器件的優(yōu)點，棄其缺點，20世紀80年代中期出現(xiàn)了將它們的通、斷機制相結(jié)合的新一代半導(dǎo)體電力開關(guān)器件——絕緣柵極雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）。它是一種復(fù)合器件，其輸入控制部分為MOSFET，輸出級為雙級結(jié)型三極晶體管；因此兼有MOSFET和電力晶體管的優(yōu)點，即高輸入阻抗，電壓控制，驅(qū)動功率小，開關(guān)速度迅速 ，工作頻率可達到10~40kHz（比電力三極管高），飽和壓降低（比MOSFET 小得多，與電力三極管相當），電壓、電流容量較大，安全工作區(qū)域?qū)?。目?500~3000V、800~1800A的IGBT器件已有產(chǎn)品，可供幾千kVA以下的高頻電力電子裝置選用。
IGBT的符號、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等值電路及靜態(tài)特性。IGBT也有3個電極：柵極G、發(fā)射極E和集電極C。輸入部分是一個MOSFET管，圖1中Rdr表示MOSFET的等效調(diào)制電阻（即漏極-源極之間的等效電阻RDS）。輸出部分為一個PNP三極管T1，此外還有一個內(nèi)部寄生的三極管T2（NPN管），在NPN晶體管T2的基極與發(fā)射極之間有一個體區(qū)電阻Rbr。
當柵極G與發(fā)射極E之間的外加電壓UGE=0時，MOSFET管內(nèi)無導(dǎo)電溝道，其調(diào)制電阻Rdr可視為無窮大，Ic=0，MOSFET處于斷態(tài)。在柵極G與發(fā)射極E之間的外加控制電壓UGE，可以改變MOSFET管導(dǎo)電溝道的寬度，從而改變調(diào)制電阻Rdr，這就改變了輸出晶體管T1（PNP管）的基極電流，控制了IGBT管的集電極電流Ic。當UGE足夠大時（例如15V），則T1飽和導(dǎo)電，IGBT進入通態(tài)。一旦撤除UGE，即UGE=0，則MOSFET從通態(tài)轉(zhuǎn)入斷態(tài)，T1截止，IGBT器件從通態(tài)轉(zhuǎn)入斷態(tài)。
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