IGBT 的等效電路如圖1 所示。由圖1 可知,若在IGBT 的柵極和發射極之間加上驅動正電壓,則MOSFET 導通,這樣PNP 晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態而使得晶體管導通;若IGBT 的柵極和發射極之間電壓為0V,則MOSFET 截止,切斷PNP 晶體管基極電流的供給,使得晶體管截止。

由此可知,IGBT 的安全可靠與否主要由以下因素決定：

 

——IGBT 柵極與發射極之間的電壓;

——IGBT 集電極與發射極之間的電壓;

——流過IGBT 集電極－發射極的電流;

——IGBT 的結溫。

 

如果IGBT 柵極與發射極之間的電壓,即驅動電壓過低,則IGBT 不能穩定正常地工作,如果過高超過柵極－發射極之間的耐壓則IGBT 可能永久性損壞;同樣,如果加在IGBT 集電極與發射極允許的電壓超過集電極－發射極之間的耐壓,流過IGBT 集電極－發射極的電流超過集電極－發射極允許的最大電流,IGBT 的結溫超過

其結溫的允許值,IGBT 都可能會永久性損壞。

 

絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）

 

 

IGBT 的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道
，給PNP 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，流過反向基極電流
，使IGBT 關斷。IGBT 的驅動方法和 MOSFET 基本相同，隻需控製輸入極N 一溝道MOSFET，所以具有高輸入阻抗特性。

 

當MOSFET 的溝道形成後，從P+基極注入到N 一層的空穴（少子），對N 一層進行電導調製
，減小N一層的電阻，使IGBT 在高電壓時，也具有低的通態電。

 

 

IGBT 的工作特性包括靜態和動態兩類：

 

1 ．靜態特性:IGBT 的靜態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係曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs 的控製，Ugs 越高，Id 越大。它與GTR 的輸出特性相似．也可分為飽和區 1 
、放大區2 和擊穿特性3 部分。在截止狀態下的IGBT ，正向電壓由J2 結承擔，反向電壓由J1 結承擔。如果無N+緩衝區
，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入N+緩衝區後，反向關斷電壓隻能達到幾十伏水平，因此限製了IGBT 的某些應用範圍。

 

IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關係曲線。它與MOSFET 的轉移特性相同，當柵源電壓小於開啟電壓Ugs(th) 時，IGBT 處於關斷狀態。在IGBT 導通後的大部分漏極電流範圍內
，Id 與Ugs 呈線性關係。最高柵源電壓受最大漏極電流限製
，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係。IGBT 處於導通態時，由於它的PNP 晶體管為寬基區晶體管，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。

 

通態電流 Ids 可用下式表示：

 

Ids=(1+Bpnp)Imos

 

式中 Imos ——流過 MOSFET 的電流。

 

由於N+區存在電導調製效應，所以IGBT 的通態壓降小，耐壓1000V 的IGBT 通態壓降為2～3V 。IGBT 處於斷態時，隻有很小的泄漏電流存在。

 

2 ．動態特性IGBT 在開通過程中，大部分時間是作為MOSFET 來運行的，隻是在漏源電壓Uds下降過程後期
， PNP 晶體管由放大區至飽和，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。漏源電壓的下降時間由tfe1 和tfe2 組成，如圖 2 － 58 所示

 

 

IGBT 在關斷過程中，漏極電流的波形變為兩段。因為 MOSFET 關斷後，PNP 晶體管的存儲電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長的尾部時間， td(off)為關斷延遲時間， trv 為電壓Uds(f)的上升時間。

 

實際應用中常常給出的漏極電流的下降時間Tf 由圖 2 － 59 中的t(f1)和t(f2)兩段組成，而漏極電流的關斷時間 

 

t(off)=td(off)+trv 十 t(f) （ 2 － 16 ）

 

式中， td(off) 與 trv 之和又稱為存儲時間。