絕緣柵雙極型電晶體是由MOSFET和雙極型電晶體複合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET，輸出極為PNP電晶體，它融合了這兩種器件的優點，既具有MOSFET器件驅動功率小和開關速度快的優點，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優點，其頻率特性介於MOSFET與功率電晶體之間，可正常工作於幾十kHz頻率範圍內，在現代電力電子技術中得到了越來越廣泛的套用，在較高頻率的大、中功率套用中占據了主導地位。
基本介紹
- 中文名：絕緣柵雙極型電晶體
- 外文名：insulated gate bipolar transistor
- 英文簡寫：IGBT
- 輸出極：PNP電晶體
- 材料：MOSFET和雙極型電晶體
- 輸入極：MOSFET
IGBT原理及等效電路,IGBT的擎住效應,主要參數,
IGBT原理及等效電路
IGBT管的開通和關斷是由柵極電壓來控制的，IGBT管的等效電路如圖1所示。由圖1可知，當柵極加正電壓時．MOSFET內形成溝道，並為PNP電晶體提供基極電流，從而使IGBT管導通，此時高耐壓的IGBT管也具有低的導通態壓降。在柵極上加負電壓時，MOSFET內的溝道消失，PNP電晶體的基極電流被切斷，IGBT管即關斷。IGBT管與M()SFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極、發射極間施加十幾伏的直流電壓．只有微安級的漏電流，基本上不消耗功率，顯示了輸入阻抗大的優點。IGBT的電路符號仍然沒有統一的畫法，圖1(a)和圖1(b)為IGBT管最常見的電路符號。
圖一
圖一若在IGBT的柵極和發射極之間加上驅動正電壓，則MOSFET導通，這樣PNP電晶體的集電極與基極之間成低阻狀態而使得電晶體導通；若1GBT的柵極和發射極之間電壓為0V，則MOS截止，切斷PNP電晶體基極電流的供給，使得電晶體截止。IGBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極一發射極間施加十幾伏的直流電壓，只有μA級的漏電流流過，基本上不消耗功率。
IGBT的擎住效應
以N型IGBT管為例研究其安全工作區，畫出其內部結構與等效電路如圖2所示。
圖2
圖21)結構特點
(1)寄生晶閘管：由一個N-PN+電晶體和作為主開關器件的N-PN+電晶體組成。
(2)正偏安全工作區(FBSOA)：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。
(3)反向偏置安全工作區(RBSOA)：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確定。
(4)擎住效應或自鎖效應：溝道電阻上產生的壓降．相當於對J3結施加正偏壓。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，動態擎住效應比靜態擎住效應所允許的集電極電流小。擎住效應曾限制IGBT電流容量提高，20世紀90年代中後期逐漸解決，即將IGBT與反並聯的快速二極體封裝在一起，製成模組，成為逆導器件。
2)使用注意事項
IGBT管的柵極通過一層氧化膜與發射極實現電隔離。由於此氧化膜很薄，IGBT管的UGE的耐壓值為20V，在IGBT管加超出耐壓值的電壓時，會導致損壞的危險。此外，在柵極一發射極間開路時，若在集電極與發射極間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由於集電極有漏電流流過，柵極電位升高。集電極則有電流流過，這時，如果集電極與發射極間存在高電壓，則有可能使IGBT管發熱乃至損壞。
主要參數
(1)最大集射極間電壓
該參數決定了器件的最高工作電壓，這是由內部PNP電晶體所能承受的擊穿電壓確定的。
(2)最大集電極電流
最大集電極電流包括在一定的殼溫下額定直流電流和脈寬最大電流。不同廠商產品的標稱電流通常為殼溫25℃或80℃條件下的額定直流電流。該參數與IGBT的殼溫密切相關，而且由於器件實際工作時的殼溫一般都較高，所以選用時必須加以重視。
(3)最大集電極功耗
在一定的殼溫下IGBT允許的最大功耗，該功耗將隨殼溫升高而下降。
(4)集射飽和壓降
柵射間施加一定電壓，在一定的結溫及集電極電流條件下，集射間飽和通態壓降。此壓降在集電極電流較小時呈負溫度係數，在電流較大時為正溫度係數，這一特性使IGBT並聯運行也較為容易。
(5)柵射電壓
與MOSFET相似，當UGE>20V將導致絕緣層擊穿。因此在焊接、驅動等方面必須注意。
