關(guān)于IGBT的工作原理以及它的優(yōu)缺點(diǎn)分析，你了解嗎？

什么是絕緣柵雙極型晶體管?在生活中，你可能接觸過各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你可能并不知道它的一些組成部分，比如它可能含有的絕緣柵雙極型晶體管，那么接下來讓小編帶領(lǐng)大家一起學(xué)習(xí)絕緣柵雙極型晶體管。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又稱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(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 其輸入極為MOSFET,輸出極為PNP晶體管,因此,可以把其看作是MOS輸入的達(dá)林頓管。它融合了MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，具備易于驅(qū)動(dòng)、峰值電流容量大、自關(guān)斷、開關(guān)頻率高 (10-40 kHz) 等特點(diǎn)，已逐步取代晶閘管和GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)，是目前發(fā)展最為迅速的新一代電力電子器件。廣泛應(yīng)用于小體積、高效率的變頻電源、電機(jī)調(diào)速、 UPS 及逆變焊機(jī)當(dāng)中。

GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。

IGBT由柵極(G)、發(fā)射極(E)和集電極(C)三個(gè)極控制。如圖1，IGBT的開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT關(guān)斷。由圖2可知,若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓,則MOSFET導(dǎo)通,這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通;若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V,則MOSFET截止,切斷PNP晶體管基極電流的供給,使得晶體管截止。

當(dāng)前，世界上各大公司已把IGBT發(fā)展到第三代、第四代，IGBT器件早已完成集成化、模塊化，模塊的簡(jiǎn)化電路與GTR模塊相似，其驅(qū)動(dòng)電路也已完成模塊化。其導(dǎo)通壓降可在1.5~開2.0V范圍，關(guān)斷時(shí)間為0.2~0.3pus, 其額定電壓和電流等級(jí)也在不斷提高。在中小容量的變頻器中1GBT已經(jīng)取代了GTR，在多電平(如三電平)、高電壓的變頻器中也廣泛使用。

雙極晶體管具有優(yōu)異的低正向?qū)▔航堤匦?，雖然可以得到高耐壓、大容量的元件，但是它要求的驅(qū)動(dòng)電流大，控制電路非常復(fù)雜，而且交換速度不夠快。IGBT正是作為順應(yīng)這種要求而開發(fā)的，它是由MOSFET(輸入級(jí))和PNP晶體管(輸出級(jí))復(fù)合而成的一種器件，既有MOSFET器件驅(qū)動(dòng)功率小和開關(guān)速度快的特點(diǎn)(控制和響應(yīng))，又有雙極型器件飽和壓降低而容量大的特點(diǎn)(功率級(jí)較為耐用)，頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十KHz頻率范圍內(nèi)。

如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓，即驅(qū)動(dòng)電壓過低則IGBT不能穩(wěn)定的工作，如果過高甚至超過柵極—發(fā)射極之間的耐壓，則IGBT可能會(huì)永久損壞。同樣，如果IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓超過允許值，則流過IGBT的電流會(huì)超限，導(dǎo)致IGBT的結(jié)溫超過允許值，此時(shí)IGBT也有可能會(huì)永久損壞。

因?yàn)镮GBT工作時(shí)，其漏極區(qū)(P區(qū))將向漂移區(qū)(N區(qū))注入少數(shù)載流子一 空穴，則在漂移區(qū)中存儲(chǔ)有少數(shù)載流子電荷;當(dāng)IGBT關(guān)斷(柵極電壓降為0)時(shí)，這些存儲(chǔ)的電荷不能立即去掉，從而IGBT的漏極電流也就相應(yīng)地不能馬上關(guān)斷，即漏極電流波形有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的拖尾關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)(10~50ms)。

基于這些優(yōu)異的特性，IGBT一直廣泛使用在超過300V電壓的應(yīng)用中，模塊化的IGBT可以滿足更高的電流傳導(dǎo)要求，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷提高，今后將有更大的發(fā)展。IGBT的結(jié)構(gòu)與特性：如圖1所示為一個(gè)N溝道增強(qiáng)型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)， N+區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為源極(即發(fā)射極E)。N基極稱為漏區(qū)。器件的控制區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極(即門極G)。

相信通過閱讀上面的內(nèi)容，大家對(duì)絕緣柵雙極型晶體管有了初步的了解，同時(shí)也希望大家在學(xué)習(xí)過程中，做好總結(jié)，這樣才能不斷提升自己的設(shè)計(jì)水平。