GTR和GTO是雙極型電流驅動器件，由于具有電導調制效應，其通流能力很強，但開關速度較低，所需驅動功率大，驅動電路復雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅動器件，開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小而且驅動電路簡單。絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點，因而具有良好的特性。
IGBT的結構
IGBT簡化等效電路電氣圖形符號
■IGBT的結構和工作原理
IGBT的結構
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+注入區(qū)，實現(xiàn)對漂移區(qū)電導率進行調制，使得IGBT具有很強的通流能力。
簡化等效電路表明，IGBT是用GTR與MOSFET組成的達林頓結構，相當于一個由MOSFET驅動的厚基區(qū)PNP晶體管。
◆IGBT的工作原理
IGBT的驅動原理與電力MOSFET基本相同，是一種場控器件。
其開通和關斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的。
當UGE為正且大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內形成溝道，并為晶體管提供基極電流進而使IGBT導通。
當柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得IGBT關斷。
電導調制效應使得電阻RN減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。
IGBT的轉移特性
■IGBT的基本特性
靜態(tài)特性
轉移特性
描述的是集電極電流IC與柵射電壓UGE之間的關系。
開啟電壓UGE(th)是IGBT能實現(xiàn)電導調制而導通的最低柵射電壓，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，集電極電流IC與集射極間電壓UCE之間的關系。
分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。
當UCE<0時，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。
在電力電子電路中，IGBT工作在開關狀態(tài)，因而是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回轉換。
IGBT的開關過程
◆動態(tài)特性
開通過程
開通延遲時間td(on)
電流上升時間tr
電壓下降時間tfv
開通時間ton=td(on)+tr+tfv
tfv分為tfv1和tfv2兩段。
關斷過程
關斷延遲時間td(off)
電壓上升時間trv
電流下降時間tfi
關斷時間toff=td(off)+trv+tfi
tfi分為tfi1和tfi2兩段
引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關速度要低于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)特點可以總結如下：
開關速度高，開關損耗小。
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一步提高，同時保持開關頻率高的特點。
■IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)
IGBT的擎住效應
在IGBT內部寄生著一個N-PN+晶體管和作為主開關器件的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)的橫向空穴電流會在該電阻上產生壓降，相當于對J3結施加一個正向偏壓，一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，電流失控，這種現(xiàn)象稱為擎住效應或自鎖效應。
引發(fā)擎住效應的原因，可能是集電極電流過大（靜態(tài)擎住效應），dUCE/dt過大（動態(tài)擎住效應），或溫度升高。
動態(tài)擎住效應比靜態(tài)擎住效應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際上是根據(jù)動態(tài)擎住效應而確定的。
◆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。
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