IGBT超基础知识详解

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能两方面的优点。IGBT驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT的提出

MOSFET的结构是在低掺杂的衬底上制作高掺杂的源漏区，当漏电压增加时，耗尽区主要向低掺杂的衬底一侧延伸，当耗尽区延伸到源区时，器件便产生穿通。因此，要提高器件的耐压水平，可以提高衬底的掺杂，但衬底掺杂由阈值电压决定，不能无限提高。在结构上，可以增加沟道长度L，但这样一来，期间的宽长比减小，工作电流减小，因此，这种结构不容易实现MOS功率器件的高压大电流。为解决这一问题，各种新结构被提出，有LDMOS(lateraldoublediffusedMOS，横向扩散金属氧化物半导体)，VVMOS(verticalV-grooveMOS)，VUMOS(verticalU-grooveMOS)，VDMOS(verticaldoublediffusedMOS)。一系列的改进之后，VDMOS克服了很多缺点，但导通电阻还是较大。

于是人们开拓了一个新思路，一方面保留功率MOS的优点，另一方面引入一个双极结型结构，这样，在器件导通时，双极结型结构会产生少数载流子注入效应，从而对n-漂移区的电导率进行调制，即电导调制效应，从而有效地降低n-漂移区的电阻率和器件的导通电阻。图1为最基本的IGBT结构图。

IGBT主要缺点

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图1基本IGBT结构图

IGBT在克服了VDMOS缺点的同时，又带来了其自身固有的结构缺陷。IGBT隐含一种栅控四层pnpn晶闸管结构，这种寄生结构在一定的工作条件下会发生闩锁。闩锁会使IGBT失去栅控能力，器件无法自行关断，甚至会将IGBT永久性烧毁。也就是说，IGBT的最大工作电流受寄生晶闸管闩锁效应的限制。

IGBT应用领域

IGBT的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的区域。鉴于IGBT的参数特性，目前IGBT主要应用在电机、变换器(逆变器)、变频器、UPS、EPS电源、风力发电设备等工业控制领域。在上述应用领域中IGBT凭借着电压控制、驱动简单，开关频率高、开关损耗小，可实现短路保护等优点在600V及以上中压应用领域中竞争力逐步显现，在UPS、开关电源、电车、交流电机控制中已逐步替代GTO、GTR。

附：

BUCK电路中的开关器件，通常可采用IGBT、GRT、GTO、MOSFET。

可关断晶闸管GTO(GateTurn-OffThyristor)亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件，其结构及等效电路和普通晶闸管相同，

电力晶体管(GTR)GTR,GiantTransistor的缩写，电力晶体管是一种双极型大功率高反压晶体管，由于其功率非常大，所以，它又被称作为巨型晶体管，简称GTR。