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绝缘栅双极型晶体管IGBT的结构和工作原理及特性

12-23 11:37:23

IGBT的结构和工作原理：

IGBT比 MOSFET 多一层 P 注入区，因而形成了一个大面积的 P 、 N 结 J 1 。这样使得 IGBT 导通时由 P 注入区向基区发射少量载流子，从而对漂移区电导率进行调制，使得 IGBT 具有很强的通流能力。

IGBT的工作原理图解：

由图看出IGBT包含P+/N-/P/N+四层结构，可以认为IGBT是由一个MOSFET和一个PNP三极管组成，由栅极控制的MOSFET来驱动PNP晶体管；也可以把它看成是由一个VDMOS和个PN二极管组成。。以图1为例分析IGBT的工作模式。在图1所示的结构中，栅极G与发射极E短接且接正电压、集电极接负压时，器件处于反向截止状态。此时11、J3结反偏、J2结正偏，1、13反偏结阻止电流的流通，反向电压主要由11承担。当栅极G与发射极E短接，集电极C相对于栅极加正电压时，1、J3结正偏、J2结反偏，电流仍然不能导通，电压主要由反偏结12承担，此时IGBT处于正向截止。PT型IGBT由于缓冲层的存在通过牺牲反向阻断特性来获得较好的正向阻断特性，而NPT型IGBT则拥有较好的正反向阻断特性。当集电极C加正电压，栅极G与发射极E施加电压大于阈值电压时，IGBT的MOS沟道开启，器件进入正向导通状态。

IGBT 基本特性：

IGBT的输出特性也分为 3 个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。这分别与 GTR 的截止区、放大区和饱和区相对应。此外，当 ?CE 0 时， IGBT 为反向阻断工作状态，在电力电子电路中， IGBT 工作在开关状态，因而是在正向阻断区和饱和区之间来回转换。

IGBT 动态特性：

IGBT中双极型 PNP 型晶体管的存在，虽然带来电导调制效应的好处，但也引入了少数载流子储存现象，因而 IGBT 的开关速度要低于 MOSFET 。此外，IGBT 的击穿电压、通态压降和关断时间也是需要折中的参数。高压器件的 N 基区必须有足够宽度和较高的电阻率，这会引起通态压降的增大和关断时间的延长。