GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，因而具有良好的特性。
IGBT的結(jié)構(gòu)
IGBT簡(jiǎn)化等效電路電氣圖形符號(hào)
■IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理
IGBT的結(jié)構(gòu)
是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。
由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的IGBT，比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流能力。
簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是用GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。
◆IGBT的工作原理
IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，是一種場(chǎng)控器件。
其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的。
當(dāng)UGE為正且大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流進(jìn)而使IGBT導(dǎo)通。
當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得IGBT關(guān)斷。
電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電阻RN減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。
IGBT的轉(zhuǎn)移特性
■IGBT的基本特性
靜態(tài)特性
轉(zhuǎn)移特性
描述的是集電極電流IC與柵射電壓UGE之間的關(guān)系。
開啟電壓UGE(th)是IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓，隨溫度升高而略有下降。
IGBT的輸出特性
輸出特性（伏安特性）
描述的是以柵射電壓為參考變量時(shí)，集電極電流IC與集射極間電壓UCE之間的關(guān)系。
分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。
當(dāng)UCE<0時(shí)，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。
在電力電子電路中，IGBT工作在開關(guān)狀態(tài)，因而是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。
IGBT的開關(guān)過程
◆動(dòng)態(tài)特性
開通過程
開通延遲時(shí)間td(on)
電流上升時(shí)間tr
電壓下降時(shí)間tfv
開通時(shí)間ton=td(on)+tr+tfv
tfv分為tfv1和tfv2兩段。
關(guān)斷過程
關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)
電壓上升時(shí)間trv
電流下降時(shí)間tfi
關(guān)斷時(shí)間toff=td(off)+trv+tfi
tfi分為tfi1和tfi2兩段
引入了少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)速度要低于MOSFET。
■IGBT的主要參數(shù)
前面提到的各參數(shù)。
最大集射極間電壓UCES
由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的。
最大集電極電流
包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP。
最大集電極功耗PCM
在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。
◆IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：
開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。
在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。
通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。
輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFET類似。
與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。
■IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)
IGBT的擎住效應(yīng)
在IGBT內(nèi)部寄生著一個(gè)N-PN+晶體管和作為主開關(guān)器件的P+N-P晶體管組成的寄生晶閘管。其中NPN晶體管的基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會(huì)在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對(duì)J3結(jié)施加一個(gè)正向偏壓，一旦J3開通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制作用，電流失控，這種現(xiàn)象稱為擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)。
引發(fā)擎住效應(yīng)的原因，可能是集電極電流過大（靜態(tài)擎住效應(yīng)），dUCE/dt過大（動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)），或溫度升高。
動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流還要小，因此所允許的最大集電極電流實(shí)際上是根據(jù)動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)而確定的。
◆IGBT的安全工作區(qū)
正向偏置安全工作區(qū)（ForwardBiasedSafeOperatingArea——FBSOA）
根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。
反向偏置安全工作區(qū)（ReverseBiasedSafeOperatingArea——RBSOA）
根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率dUCE/dt。
電話：18923864027（同微信）
QQ：709211280
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