IGBT的基本工作原理、開關(guān)特性及其輸入特性

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是一種三端子的半導體開關(guān)器件，它結(jié)合了MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）的高輸入阻抗和BJT（雙極型晶體管）的低導通壓降特性，因此在高電壓、大電流的電力電子領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。

IGBT的基本工作原理

IGBT的基本結(jié)構(gòu)由N溝道MOSFET和PNP雙極型晶體管組成，其導通和關(guān)斷狀態(tài)通過控制柵極電壓來實現(xiàn)。在正向柵極電壓作用下，MOSFET形成溝道，使得P+基極和N-層之間的電流能夠流動，從而為PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導通。當柵極電壓為零或反向時，溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。

IGBT的工作原理可以分為以下幾個關(guān)鍵步驟：

1.柵極驅(qū)動 ：當在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上正向電壓時，MOSFET導通，形成溝道，電子從發(fā)射極注入到P+基極區(qū)域，形成導電通道。

2.電導調(diào)制 ：隨著電子的注入，P+基極區(qū)域的電導率增加，空穴從P+基極區(qū)域注入到N-層，進一步增強了電流的流動。

3.PNP晶體管導通 ：由于N-層的電導率增加，PNP晶體管的基極電流增加，使得PNP晶體管導通，從而使得IGBT整體導通。

4.關(guān)斷過程 ：當柵極電壓降低或變?yōu)榱銜r，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，PNP晶體管隨之關(guān)斷，IGBT整體關(guān)斷。

IGBT的開關(guān)特性

IGBT是電壓控制器件，因此只需要對柵極施加很小的電壓就可以保持在導通狀態(tài)。由于這些器件是單向的，它們只能在從集電極到發(fā)射極的正向方向上切換電流。IGBT的典型開關(guān)電路如下圖所示，將柵極電壓VG加到柵極引腳上，將電動機(M)從電源電壓V+切換到電源電壓V+。電阻Rs大致用于限制通過電機的電流。

IGBT的輸入特性

IGBT的柵極引腳沒有施加電壓時，IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)，沒有電流流過集電極引腳。當加在柵極引腳上的電壓超過閾值電壓時，IGBT開始導通，集電極電流IG開始在集電極和發(fā)射極之間流動。集電極電流隨柵極電壓增加，如下圖所示。