IGBT相當于一個由MOSFET驅動的厚基區(qū)PNP型晶體管，它的簡化等效電路如圖(b)所示，圖中的RN為PNP晶體管基區(qū)內的調制電阻。從該等效電路可以清楚地看出，IGBT是用晶體管和MOSFET組成的達林頓結構的復合器件。岡為圖中的晶體管為PNP型晶體管，MOSFET為N溝道場效應晶體管，所以這種結構的IGBT稱為N溝道IIGBT，其符號為N-IGBT。類似地還有P溝道IGBT，即P- IGBT。

igbt工作原理是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP(原來為NPN)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，切斷基極電流，使IGBT關斷。

igbt的全稱是Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管的意思。它相當于電路開關，具有穩(wěn)定控制電壓，耐壓性強等熱點，多在直流電壓為500伏或以上的變流系統(tǒng)中使用。

IGBT是—種場控器件，它的開通和關斷由柵極和發(fā)射極間電壓UGE決定，當柵射電壓UCE為正且大于開啟電壓UCE(th)時，MOSFET內形成溝道并為PNP型晶體管提供基極電流進而使IGBT導通，此時，從P+區(qū)注入N-的空穴(少數(shù)載流子)對N-區(qū)進行電導調制，減小N-區(qū)的電阻RN，使高耐壓的IGBT也具有很小的通態(tài)壓降。當柵射極間不加信號或加反向電壓時，MOSFET內的溝道消失，PNP型晶體管的基極電流被切斷，IGBT即關斷。由此可知，IGBT的驅動原理與MOSFET基本相同。

①當UCE為負時：J3結處于反偏狀態(tài)，器件呈反向阻斷狀態(tài)。

②當uCE為正時：UC< UTH，溝道不能形成，器件呈正向阻斷狀態(tài);UG>UTH，絕緣門極下形成N溝道，由于載流子的相互作用，在N-區(qū)產生電導調制，使器件正向導通。

1)導通

IGBT硅片的結構與功率MOSFET的結構十分相似，主要差異是JGBT增加了P+基片和一個N+緩沖層(NPT-非穿通-IGBT技術沒有增加這個部分)，其中一個MOSFET驅動兩個雙極器件(有兩個極性的器件)。基片的應用在管體的P、和N+區(qū)之間創(chuàng)建了一個J，結。當正柵偏壓使柵極下面反演P基區(qū)時，一個N溝道便形成，同時出現(xiàn)一個電子流，并完全按照功率MOSFET的方式產生一股電流。如果這個電子流產生的電壓在0.7V范圍內，則J1將處于正向偏壓，一些空穴注入N-區(qū)內，并調整N-與N+之間的電阻率，這種方式降低了功率導通的總損耗，并啟動了第二個電荷流。最后的結果是在半導體層次內臨時出現(xiàn)兩種不同的電流拓撲：一個電子流(MOSFET電流);一個空穴電流(雙極)。當UCE大于開啟電壓UCE(th)，MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通。

2)導通壓降

電導調制效應使電阻RN減小，通態(tài)壓降小。所謂通態(tài)壓降，是指IGBT進入導通狀態(tài)的管壓降UDS，這個電壓隨UCS上升而下降。

3)關斷

當在柵極施加一個負偏壓或柵壓低于門限值時，溝道被禁止，沒有空穴注入N-區(qū)內。在任何情況下，如果MOSFET的電流在開關階段迅速下降，集電極電流則逐漸降低，這是閡為換向開始后，在N層內還存在少數(shù)的載流子(少于)。這種殘余電流值(尾流)的降低，完全取決于關斷時電荷的密度，而密度又與幾種因素有關，如摻雜質的數(shù)量和拓撲，層次厚度和溫度。少子的衰減使集電極電流具有特征尾流波形。集電極電流將引起功耗升高、交叉導通問題，特別是在使用續(xù)流二極管的設備上，問題更加明顯。

鑒于尾流與少子的重組有關，尾流的電流值應與芯片的Tc、IC：和uCE密切相關，并且與空穴移動性有密切的關系。因此，根據(jù)所達到的溫度，降低這種作用在終端設備設計上的電流的不理想效應是可行的。當柵極和發(fā)射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關斷。

4)反向阻斷

當集電極被施加一個反向電壓時，J，就會受到反向偏壓控制，耗盡層則會向N-區(qū)擴展。因過多地降低這個層面的厚度，將無法取得一個有效的阻斷能力，所以這個機制十分重要。另外，如果過大地增加這個區(qū)域的尺寸，就會連續(xù)地提高壓降。

5)正向阻斷

當柵極和發(fā)射極短接并在集電極端子施加一個正電壓時，J，結受反向電壓控制。此時，仍然是由N漂移區(qū)巾的耗盡層承受外部施加的電壓。

6)閂鎖

ICBT在集電極與發(fā)射極之間有—個寄生PNPN晶閘管。在特殊條件下，這種寄生器件會導通。這種現(xiàn)象會使集電極與發(fā)射極之間的電流量增加，對等效MOSFET的控制能力降低，通常還會引起器件擊穿問題。晶閘管導通現(xiàn)象被稱為IGBT閂鎖。具體來說，產生這種缺陷的原因各不相同，但與器件的狀態(tài)有密切關系。

IGBT 的工作特性包括靜態(tài)和動態(tài)兩類：

1 .靜態(tài)特性:IGBT 的靜態(tài)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(qū) 1 、放大區(qū)2 和擊穿特性3 部分。在截止狀態(tài)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(qū)，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入N+緩沖區(qū)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(tài)。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(tài)時，由于它的PNP 晶體管為寬基區(qū)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(tài)電壓 Uds(on) 可用下式表示

Uds(on) = Uj1 + Udr + IdRoh

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(tài)電流 Ids 可用下式表示：

Ids=(1+Bpnp)Imos

式中 Imos ——流過 MOSFET 的電流。

由于N+區(qū)存在電導調制效應，所以IGBT 的通態(tài)壓降小，耐壓1000V 的IGBT 通態(tài)壓降為2～3V 。IGBT 處于斷態(tài)時，只有很小的泄漏電流存在。

2 .動態(tài)特性IGBT 在開通過程中，大部分時間是作為MOSFET 來運行的，只是在漏源電壓Uds下降過程后期， PNP 晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時間。td(on)為開通延遲時間，tri為電流上升時間。實際應用中常給出的漏極電流開通時間ton 即為td(on)tri 之和。

IGBT的主要應用領域有哪些?

1、新能源汽車：IGBT是電動汽車及充電樁等設備的核心技術部件，在電動汽車中發(fā)揮著至關重要的作用，主要作用于電動車汽車的充電樁、電動控制系統(tǒng)以及車載空調控制系統(tǒng)。

2、智能電網：智能電網的發(fā)電端、輸電端、變電端及用電端均需使用IGBT。

3、軌道交通：交流傳動技術是現(xiàn)代軌道交通的核心技術之一，在交流傳動系統(tǒng)中牽引變流器是關鍵部件，而IGBT又是牽引變流器最核心的器件之一。

由于IGBT模塊為MOSFET結構，IGBT的柵極通過一層氧化膜與發(fā)射極實現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般達到20～30V。因此因靜電而導致柵極擊穿是IGBT失效的常見原因之一。因此使用中要注意以下幾點：

在使用模塊時，盡量不要用手觸摸驅動端子部分，當必須要觸摸模塊端子時，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進行放電后，再觸摸;

在用導電材料連接模塊驅動端子時，在配線未接好之前請先不要接上模塊;

盡量在底板良好接地的情況下操作。

在應用中有時雖然保證了柵極驅動電壓沒有超過柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會產生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線來傳送驅動信號，以減少寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。

此外，在柵極—發(fā)射極間開路時，若在集電極與發(fā)射極間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由于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(fā)射極間存在高電壓，則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。

在使用IGBT的場合，當柵極回路不正?；驏艠O回路損壞時(柵極處于開路狀態(tài))，若在主回路上加上電壓，則IGBT就會損壞，為防止此類故障，應在柵極與發(fā)射極之間串接一只10KΩ左右的電阻。

在安裝或更換IGBT模塊時，應十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻，最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風扇，當散熱風扇損壞中散熱片散熱不良時將導致IGBT模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。因此對散熱風扇應定期進行檢查，一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應器，當溫度過高時將報警或停止IGBT模塊工作。