什么叫IGBT-IPM_原创精品文档.pdfVIP

什么叫IGBT

IGBT(InsolatedGateBipolarTransistor)，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,兼有

MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，

但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT

综合了以上两种器件的优点，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。

图1所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区称为源区，附于其上的

电极称为源极。N+区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在

紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区（包括P+和P一区）（沟道在该区域形成），

称为亚沟道区（Subchannelregion）。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain

injector），它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发

射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的

电极称为漏极。

IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使

IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。IGBT的驱

动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗

特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进

行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。

IGBT的工作特性包括静态和动态两类：

1．静态特性

IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。

IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲

线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与GTR的输出特性

相似．也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT，正向电

压由J2结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同

样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应

用范围。

IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与

MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。在

IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极

电流限制，其最佳值一般取为15V左右。

IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT处于导通态时，由于它的

PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过

MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on)可用下式表示

Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh

式中Uj1——JI结的正向电压，其值为0.7～1V；Udr——扩展电阻Rdr上的压

降；Roh——沟道电阻。

通态电流Ids可用下式表示：

Ids=(1+Bpnp)Imos

式中Imos——流过MOSFET的电流。

由于N+区存在电导调制效应，所以IGBT的通态压降小，耐压1000V的IGBT通态压

降为2～3V。IGBT处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。

2．动态特性

IGBT在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET来运行的，只是在漏源电压