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IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的一種器件,其輸入極為MOSFET,輸出極為PNP晶體管,因此,可以把其看作是MOS輸入的達林頓管。它融和了這兩種器件的優點,既具有MOSFET器件驅動簡單和快速的優點,又具有雙極型器件容量大的優點,因而,在現代電力電子技術中得到了越來越廣泛的應用。

IGBT的工作原理

IGBT的等效電路如圖1所示。由圖1可知,若在IGBT的柵極和發射極之間加上驅動正電壓,則MOSFET導通,這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態而使得晶體管導通;若IGBT的柵極和發射極之間電壓為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。

由此可知,IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定：
——IGBT柵極與發射極之間的電壓;
——IGBT集電極與發射極之間的電壓;
——流過IGBT集電極－發射極的電流;
——IGBT的結溫。

如果IGBT柵極與發射極之間的電壓,即驅動電壓過低,則IGBT不能穩定正常地工作,如果過高超過柵極－發射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞;同樣,如果加在IGBT集電極與發射極允許的電壓超過集電極－發射極之間的耐壓,流過IGBT集電極－發射極的電流超過集電極－發射極允許的最大電流,IGBT的結溫超過其結溫的允許值,IGBT都可能會永久性損壞。

IGBT 的開關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 導通。反之，加反向門極電壓消除溝道，流過反向基極電流，使 IGBT 關斷。

IGBT 的驅動方法和 MOSFET 基本相同，只需控制輸入極 N 一溝道 MOSFET ，所以具有高輸入阻抗特性。

當 MOSFET 的溝道形成后，從 P+ 基極注入到 N 一層的空穴（少子），對 N 一層進行電導調制，減小 N 一層的電阻，使 IGBT 在高電壓時，也具有低的通態電壓。

IGBT 的工作特性包括靜態和動態兩類：

靜態特性 IGBT 的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性和開關特性。

IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓 Ugs 為參變量時，漏極電流與柵極電壓之間的關系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓 Ugs 的控 制，Ugs 越高， Id 越大。它與 GTR 的輸出特性相似．也可分為飽和區 1 、放大區 2 和擊穿特性 3 部分。在截止狀態下的 IGBT ，正向電壓由 J2 結承擔，反向電壓由 J1 結承擔。如果無 N+ 緩沖區，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入 N+ 緩沖區后，反向關斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些應用范圍。

IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流 Id 與柵源電壓 Ugs 之間的關系曲線。它與 MOSFET 的轉移特性相同，當柵源電壓小于開啟電壓 Ugs(th) 時,IGBT 處于關斷狀態。在 IGBT 導通后的大部分漏極電流范圍內， Id 與 Ugs 呈線性關系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為 15V 左右。

IGBT 的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。 IGBT 處于導通態時，由于它的 PNP 晶體管為寬基區晶體管，所以其 B 值極低。盡管等效電路為達林頓結構，但流過 MOSFET 的電流成為 IGBT 總電流的主要部分。此時，通態電壓 Uds(on) 可用下式表示Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh （ 2 － 14 ）式中 Uj1 —— JI 結的正向電壓，其值為 0.7 ～ IV ；Udr ——擴展電阻 Rdr 上的壓降；Roh ——溝道電阻。

通態電流 Ids 可用下式表示：

Ids=(1+Bpnp)Imos (2 － 15 ）式中 Imos ——流過 MOSFET 的電流。

由于 N+ 區存在電導調制效應，所以 IGBT 的通態壓降小，耐壓1000V 的IGBT 通態壓降為 2 ～ 3V 。

IGBT 處于斷態時，只有很小的泄漏電流存在。