IGBT的工作原理及基本特性

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)結(jié)合了GTR和MOSFET的優(yōu)點，具有良好的特性。IGBT也是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。

1.IGBT結(jié)構(gòu)和工作原理

將IGBT結(jié)構(gòu)簡化為等效電路，可以看出是雙極性晶體管和MOSFET組成的達林頓結(jié)構(gòu)，等效為一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。元件的開通和關(guān)斷由柵極和發(fā)射極之間的電壓決定，當(dāng)電壓大于開啟電壓之后MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流從而使IGBT導(dǎo)通。

當(dāng)柵極和發(fā)射極之間施加反向電壓或者不施加信號后，MOSFET內(nèi)部溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。

2.IGBT的基本特性

1)靜態(tài)特性

轉(zhuǎn)移特性：集電極電流與柵極電壓之間的關(guān)系，開啟電壓為使IGBT能實現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制的最低柵射電壓，開啟電壓會隨溫度升高而略有下降，溫度升高1度，其值下降5mV左右。

轉(zhuǎn)移特性

伏安特性：輸出特性，即柵射電壓為參考變量時，集電極電流與集射極電壓之間的關(guān)系。輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。IGBT在工作開關(guān)狀態(tài)，主要是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回切換。

輸出特性

2)動態(tài)特性

開通延遲時間：從驅(qū)動電壓上升至幅值10%的時刻到集電極電流上升至幅值的10%;

上升時間：集電極電流從10%增長到90%所需的時間;

關(guān)斷延遲時間：驅(qū)動電壓幅值從90%--10%的時刻;

下降時間：集電極電流從90%--10%所需時間;

開關(guān)過程

從動態(tài)特性曲線中可以發(fā)現(xiàn)IGBT電導(dǎo)效應(yīng)較好，但同時也存在少子存儲的現(xiàn)象，因此開關(guān)速度較低，此外IGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時間也是需要折中參數(shù)。