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igbt是变频器的核心部件，自然要分外关注。

在实际应用中zui流行和zui常见的电子元器件是双极结型晶体管 bjt 和 mos管。

igbt实物图+电路符号图

你可以把igbt看作bjt和mos管的融合体，igbt具有bjt的输入特性和mos管的输出特性。

与bjt或mos管相比，绝缘栅双极型晶体管igbt优势在于它提供了比标准双极型晶体管更大的功率增益，以及更高工作电压和更低mos管输入损耗。

01

什么是igbt 

igbt是绝缘栅双极晶体管的简称，是一种三端半导体开关器件，可用于多种电子设备中的高效快速开关。
igbt主要用于放大器，用于通过脉冲宽度调制 (pwm) 切换/处理复杂的波形。
你可以看到输入侧代表具有栅极端子的mos管，输出侧代表具有集电极和发射极的bjt。
集电极和发射极是导通端子，栅极是控制开关操作的控制端子。

igbt的电路符号与等效电路图

02

igbt内部结构 

igbt有三个端子（集电极、发射极和栅极）都附有金属层。然而，栅极端子上的金属材料具有二氧化硅层。
igbt结构是一个四层半导体器件。四层器件是通过组合pnp和npn晶体管来实现的，它们构成了pnpn排列。

igbt的内部结构图

如上图所示，zui靠近集电极区的层是 (p+) 衬底，即注入区；在它上面是 n 漂移区域，包括 n层。注入区将大部分载流子（空穴电流）从 (p+) 注入 n- 层。

漂移区的厚度决定了 igbt 的电压阻断能力。

漂移区域的上面是主体区域，它由 (p) 基板组成，靠近发射极，在主体区域内部，有 (n+)层。

注入区域和 n 漂移区域之间的连接点是 j2。类似地，n-区域 和 主体区域之间的结点是结点j1。

注意：igbt的结构在拓扑上类似于“mos”栅极的晶闸管。但是，晶闸管动作和功能是可抑制的，这意味着在 igbt的整个器件工作范围内只允许晶体管动作。igbt比晶闸管更可取，因为晶闸管等待过零的快速切换。

03

igbt工作原理 

igbt 的工作原理是通过激活或停用其栅极端子来开启或关闭。

如果正输入电压通过栅极，发射极保持驱动电路开启。另一方面，如果 igbt的栅极端电压为零或略为负，则会关闭电路应用。

由于 igbt 既可用作 bjt 又可用作mos管，因此它实现的放大量是其输出信号和控制输入信号之间的比率。

对于传统的 bjt，增益量与输出电流与输入电流的比率大致相同，我们将其称为 beta 并表示为β。

另一方面，对于mos管，没有输入电流，因为栅极端子是主通道承载电流的隔离。我们通过将输出电流变化除以输入电压变化来确定 igbt的增益。

igbt 结构图

如图所示，当集电极相对于发射极处于正电位时，n 沟道 igbt 导通，而栅极相对于发射极也处于足够的正电位(>v get )。这种情况导致在栅极正下方形成反型层，从而形成沟道，并且电流开始从集电极流向发射极。

igbt 中的集电极电流 ic 由两个分量 ie和 ih 组成。ie是由于注入的电子通过注入层、漂移层和zui终形成的沟道从集电极流向发射极的电流。ih 是通过 q1 和体电阻rb从集电极流向发射极的空穴电流。因此尽管 ih几乎可以忽略不计，因此 ic ≈ie。

在 igbt 中观察到一种特殊现象，称为 igbt的闩锁。这发生在集电极电流超过某个阈值（ice）。在这种情况下，寄生晶闸管被锁定，栅极端子失去对集电极电流的控制，即使栅极电位降低到vget以下，igbt 也无法关闭。

现在要关断igbt，我们需要典型的换流电路，例如晶闸管强制换流的情况。如果不尽快关闭设备，可能会损坏设备。

集电极电流公式

下图很好地解释igbt的工作原理，描述了 igbt 的整个器件工作范围。

igbt的工作原理图

igbt 仅在栅极端子上有电压供应时工作，它是栅极电压，即vg。如上图所示，一旦存在栅极电压 ( vg ) ，栅极电流 ( ig )就会增加，然后它会增加栅极-发射极电压 ( vge )。

因此，栅极-发射极电压增加了集电极电流 ( ic )。因此，集电极电流 ( ic ) 降低了集电极到发射极电压 (vce )。

注意：igbt 具有类似于二极管的电压降，通常为 2v量级，仅随着电流的对数增加。

igbt 使用续流二极管传导反向电流，续流二极管放置在 igbt 的集电极-发射极端子上。