導讀IGBT全稱絕緣柵雙極晶體管，它是由BJT（雙極型晶體管）和MOSFET（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式電子電力器件，即具有MOSFET的輸入....

IGBT全稱絕緣柵雙極晶體管，它是由BJT（雙極型晶體管）和MOSFET（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式電子電力器件，即具有MOSFET的輸入阻抗高、控制功率小、驅動電路簡單、開關速度高的優點，又具有雙極型功率晶體管的電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強的優點。

IGBT的結構

IGBT在結構上類似于MOSFET，其不同點在于IGBT是在N溝道功率管MOSFET的N 基板（漏極）上加了一個P 基板（IGBT）的集電極，行成PN結J1，并由此引出漏極，柵極和源極則完全與MOSFET相似。

如圖所示：

正是由于IGBT是在N溝道MOSFET的N 基板上加一層P 基板，形成了四層結構，由PNP-NPN晶體管構成IGBT。但是，PNP晶體管和發射極由于鋁電極短路，設計時盡量使NPN不起作用。所以說，IGBT的基本工作與NPN晶體管無關，可以認為是將N溝道MOSFET作為輸入極，PNP晶體管作為輸出極的單向達林頓管。

IEC規定：

• 源極引出的電極端子（含電機端）稱為發射極端（子）；
• 漏極引出的電極端（子）稱為集電極端（子）；
• 柵極引出的電極端（子）稱為柵極端（子）。

N 區稱為源區，附于其上的電極稱為源極。器件的控制區為柵區，附于其上的電極稱為柵極，溝道在緊靠柵區邊界形成。在漏、源極之間的P型區（包括P 和P-區，溝道在該區域形成），稱為亞溝道區。而在漏區另一側的P 區稱為漏注入區，它是IGBT特有的功能區，與漏區和亞溝道區一起形成PNP雙極晶體管，起發射極的作用，向漏極注入空穴，進行導電調制，以降低器件的通態電壓。附于漏注入區上的電極稱為漏極。

IGBT的工作原理

N溝道的IGBT工作是通過柵極-發射極間加閥值電壓Vth以上的（正）電壓，在柵極電極正下方的P層上形成反型層（溝道），開始從發射極電極下的N-層注入電子。該電子為NPN晶體管的少數載流子，從集電極襯底P 層開始流入空穴，進行電導率調制（雙極工作），所以可以降低集電極-發射極間飽和電壓。在發射極電極側形成NPN寄生晶體管。若NPN寄生晶體管工作，又變成P N- PN 晶閘管。電流繼續流動，直到輸出側停止供給電流。通過輸出信號已不能進行控制，一般將這種狀態稱為閉鎖狀態。

工作等效電路/IGBT電氣符號如圖所示：

1.導通

當正柵偏壓使柵極下面反演P基區時，一個N溝道形成，同時出現一個電子流，并完全按照功率管MOSFET的方式產生電子流。如果這個電子流產生的電壓在0.7V范圍內，那么J1將處于正向偏壓，一些空穴注入N-區域內，并調整陰陽極之間的電阻率，這種方式降低了功率導通的總損耗，并啟動了第二個電荷流。最后的結果是，在半導體內臨時出現兩種不同的電流拓撲：即電子流（功率MOSFET電流）和空穴電流（雙極）。當VGE大于開啟電壓VGE（th）時，功率MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通。

2.關斷

在IGBT柵極-發射極間施加反壓或不加信號時，功率MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關斷。在電感負載關斷狀態，電壓以幾伏到電源電壓之間波動，電流從恒定電流到零之間變化。為了避免發生“動態鎖定”狀態，利用柵極驅動電阻來降低關斷dv/dt并維持一定的電子流。

3.反向阻斷

當IGBT集電極被施加一個反向電壓時，J1就會受到反向偏壓控制，耗盡層則會向N-區擴展。因過多地降低這個層面的厚度，將無法取得一個有效的阻斷能力。如果過大地增加這個區域尺寸，就會連續地使壓降增大。這也說明了NPT型IGBT器件的壓降比PT型IGBT器件的壓降高的原因（Ic和速度相同）。在反向運動狀態下，IGBT集電極端的PN結處于截止狀態。因此，與功率MOSFET不同的是，IGBT不具備反向導通的能力。

4.正向阻斷

當IGBT柵極和發射極短接并在集電極端施加一個正向電壓時，J3結受反向電壓控制。此時，仍然是由N漂移區中的耗盡層承受外部施加的電壓。當集電極-發射極電壓Vce為正，且柵極-發射極電壓Vce小于柵極-發射極開啟電壓VGE（th）時，在IGBT的集電極和發射極端子之間僅存在著一個很小的集電極-發射極漏電流ICES。ICES隨VCE增加而略微增加。當VCE大于某一特定的最高允許的集電極-發射極電壓VCE時，IGBT會出現鎖定效應。從物理角度來說，VCES對應了IGBT結構中PNP雙極式晶體管的擊穿電壓VCER。出現鎖定現象時，由集電極-基極二極管引起的電流放大效應，可能會導致雙極晶閘管的開通，進而導致IGBT的損壞。NPN晶體管的基極和發射極區幾乎被金屬化的發射極所短路，它們之間只是被P 阱區的橫向電阻所隔開。

5.鎖定

IGBT是P-N-P-N 四層材料構成的，當需要條件（αNPN αPNP>1）滿足時，IGBT導通，在極低的電壓下，即使不加柵壓，器件也能通過很大的電流，這種現象稱為鎖定。

測量方法

1.判斷極性

• 首先將萬用表撥在RX1K歐檔，用萬用表測量時，若某一極與其它兩極阻值為無窮大，調換表筆后該極與其它兩極的阻值仍無窮大，則判斷此極為柵極（G）；
• 其余兩極再用萬用表測量，若測得阻值為無窮大，調換表筆后測量阻值較小。在測量阻值較小的一次中，則判斷紅表筆接的為集電極（C）；
• 黑表筆接的為發射極（E）.

2.判斷好壞

將萬用表撥在RX10K歐檔，用黑表筆接IGBT的集電極（C），紅表筆接IGBT的發射極（E），此時用萬用表的指針在零位。用手指同時觸及一下柵極（G）和集電極（C），這時IGBT被觸發導通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，并能站住指示在某一位置。然后再用手指同時觸及一下柵極（G）和發射極（E），這時IGBT被阻斷，萬用表的指針回零。此時即可判斷IGBT是好的。