1.7.1絕緣柵雙極晶體管■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的優點，因而具有良好的特性。

1.7.1絕緣柵雙極晶體管■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，實現對漂移區電導率進行調制，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PNP晶體管。

圖2-23IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內部結構斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號RN為晶體管基區內的調制電阻。

1.7.1絕緣柵雙極晶體管◆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也具有很小的通態壓降。

E1.7.1絕緣柵雙極晶體管■IGBT的基本特性

◆靜態特性

?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能實現電導調制而導通的最低柵射電壓，隨溫度升高而略有下降。

（a）圖2-24IGBT的轉移特性和輸出特性a)轉移特性

1.7.1絕緣柵雙極晶體管?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。

√分為三個區域：正向阻斷區、有源區和飽和區。

√當UCE<0時，IGBT為反向阻斷工作狀態。

√在電力電子電路中，IGBT工作在開關狀態，因而是在正向阻斷區和飽和區之間來回轉換。

(b)圖2-24IGBT的轉移特性和輸出特性b)輸出特性

1.7.1絕緣柵雙極晶體管◆動態特性

?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

?引入了少子儲存現象，因而IGBT的開關速度要低于電力MOSFET。

圖2-25IGBT的開關過程1.7.1絕緣柵雙極晶體管■IGBT的主要參數◆前面提到的各參數。◆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。

1.7.1絕緣柵雙極晶體管◆IGBT的特性和參數特點可以總結如下：

?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的安全工作區比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。

?通態壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區域。

?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。

1.7.1絕緣柵雙極晶體管■IGBT的擎住效應和安全工作區◆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晶體管的基極與發射極之間存在體區短路電阻，P形體區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，這種現象稱為擎住效應或自鎖效應。

?引發擎住效應的原因，可能是集電極電流過大（靜態擎住效應），dUCE/dt過大（動態擎住效應），或溫度升高。

?動態擎住效應比靜態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動態擎住效應而確定的。IGBTThyristor1.7.1絕緣柵雙極晶體管◆IGBT的安全工作區

?正向偏置安全工作區（ForwardBiasedSafeOperatingArea——FBSOA）

√根據最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。