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一．IGBT的结构和基本工作原理

绝缘门极晶体管IGBT也称绝缘栅极双极型晶体管，是一种新发展起来的复合型电力电子器件。

由于它结合了MOSFET和GTR的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低，耐压高和承受电流大的优点，这些都使IGBT比GTR有更大的吸引力。

在变频器驱动电机，中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，IGBT有着主导地位。

1.  IGBT的基本结构与工作原理

1）基本结构

IGBT也是三端器件，三个极为漏极（D）、栅极（G）和源极（S）。

（a) 内部结构 （b）简化等效电路（c）电气图形符号

2）工作原理

IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，它是一种压控型器件。

开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的，当UGE为正且大于开启电压UGE（th）时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流使其导通。

当栅极与发射极之间加反向电压或不加电压时，MOSFET内的沟道消失，晶体管无基极电流，IGBT关断。

2.IGBT的基本特性与主要参数

IGBT的转移特性和输出特性

（a)  转移特性  （b)  输出特性

1）IGBT的基本特性

① 静态特性

IGBT的转移特性，它描述的是集电极电流IC与栅射电压UGE之间的关系，与功率MOSFET的转移特性相似。

开启电压UGE（th）是IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压。

UGE（th）随温度升高而略有下降，温度升高1C，其值下降5mV左右。在+25C时，UGE（th）的值一般为2~6V。

IGBT的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电流IC与集射极间电压UCE之间的关系。

IGBT的开关过程

2）主要参数

①集电极—发射极额定电压UCES

②栅极—发射极额定电压UGES

③额定集电极电流IC 

3.IGBT的擎住效应和安全工作区

从IGBT的结构可以发现，IGBT电流可能发生失控的现象，就像普通晶闸管被触发以后，即使撤消触发信号晶闸管仍然因进入正反馈过程而维持导通的机理一样，因此被称为擎住效应或自锁效应。

引发擎住效应的原因，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是最大允许电压上升率duCE/dt过大（动态擎住效应），温度升高也会加重发生擎住效应的危险。

动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流小，因此所允许的最大集电极电流实际上是根据动态擎住效应而确定的。

根据最大集电极电流、最大集电极间电压和最大集电极功耗可以确定IGBT在导通工作状态的参数极限范围；根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率可以确定IGBT在阻断工作状态下的参数极限范围，即反向偏置安全工作电压（RBSOA）