IGBT是怎麽？

Insulated-Gate Bipolar Transistor
絕緣柵雙極電晶體（IGBT，英文名稱：Insulated Gate Bipolar Transistor），乃半導體器件的一種，主要用於控制電動車輛、鐵路機車及動車組的交流電電動機。

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這種晶體管結合了MOSFET的高電流單柵控制特性及雙極性晶體管的低飽和電壓的能力，在單一的IGBT器件裡，會透過把一個隔離的場效應管（FET）結合，作為其控制輸入，並以雙極性晶體管作開關。
IGBT 其基本包裝為三個端點的功率級半導體元件，其特點為高效率及切換速度快，為改善功率級BJT運作的工作狀況而誕生。IGBT應用範圍：電車之馬達驅動器、變頻冷氣、變頻冰箱，甚至是大瓦特輸出音響放大器的音源驅動元件。IGBT特點在於可以大功率場合可以快速做切換動作，因此通常應用方面都配合PWM(脈波寬度調變，pulse width modulation)與Low-pass Filters(低通濾波器).
IGBT結合了MOSFET閘極易驅動的特性與BJT耐高電流與低導通電壓壓降特性，IGBT通常用於中高容量功率場合，如切換式電源供應器、馬達控制與電磁爐。大型的IGBT模組應用於數百安培與六千伏特的電力系統領域，其模組內部包含數個單一IGBT元件與保護電路。
IGBT為近數十年發明產物，第一代IGBT產品於1980年代與1990初期，但其切換速度不快且開關截止時易產生拴鎖現象與二次崩潰現象，第二代IGBT產品便有很大的進展，第三代IGBT產品為目前主流，其切換速度直逼功率級MOSFET的速度並且在電壓電流容量上有很大的進步。
由於半導體元件技術的精進，半導體源料品質的提升，IGBT單價價格越來越便宜，其應用範圍更貼近家用產品範圍

IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。 IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。 当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
IGBT的工作特性包括静态和动态两类：
1 ．静态特性:IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。

IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与GTR的输出特性相似．也可分为饱和区 1 、放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。
IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性
相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流
范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。
IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体
管为宽基区晶体管，所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。此时，通态电压 Uds(on) 可用下式表示
Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh
式中 Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为 0.7 ～ IV ；
Udr ——扩展电阻 Rdr 上的压降；
Roh ——沟道电阻。
通态电流 Ids 可用下式表示：
Ids=(1+Bpnp)Imos
式中 Imos ——流过 MOSFET 的电流。
由于N+区存在电导调制效应，所以IGBT的通态压降小，耐压1000V 的IGBT通态压降为2～3V 。
IGBT处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。
2 ．动态特性IGBT在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET来运行的，只是在漏源电压Uds
下降过程后期， PNP晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on)为开通延迟时间，tri
为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton即为td(on)tri之和。漏源电压的下降时间由tfe1和tfe2组成，如图 2 － 58 所示

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IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为 MOSFET关断后，PNP晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间， td(off)为关断延迟时间，trv为电压Uds(f)的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间Tf由图 2 － 59中的t(f1)和t(f2)两段组成，而漏极电流的关断时间
t(off)=td(off)+trv 十 t(f) （ 2 － 16 ）
式中， td(off) 与 trv 之和又称为存储时间。



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