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绝缘栅双极晶体管IGBT GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱 动功率大，驱动电路复杂。 MOSFET的优点——单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。 两类器件取长补短结合而成的复合器件—Bi-MOS器件 ?绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor— —IGBT或IGT） ?GTR和MOSFET复合，结合二者的优点，具有好的特性。 ?1987年投入市场后，取代了GTR和一部分MOSFET的市场,中小功率电力电子设备的主导器件。 ?继续提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。 7.1 IGBT的结构和工作原理 7.2 IGBT的基本特性 7.3 IGBT的主要参数 7.4 IGBT的擎住效应和安全工作区 7.5 IGBT的驱动 IGBT的结构和工作原理 1. 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E IGBT的结构和工作原理 IGBT的结构 图7.1a—N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT（N-IGBT） IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面积的PN结J1。——使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流能力。 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。 ??RN为晶体管基区内的调制电阻。 IGBT的结构和工作原理 IGBT的工作原理 ? 驱动原理与电力MOSFET基本相同，通断由栅射极电压uGE决定。 导通：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。 导通压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降小。 关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。 IGBT的基本特性 1、?IGBT的静态特性 IGBT的基本特性 转移特性——IC与UGE间的关系，与MOSFET转移特性类似。 开启电压UGE(th)——IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压。 UGE(th)随温度升高而略有下降，在+25?C时，UGE(th)的值一般为2~5V。 输出特性（伏安特性）——以UGE为参考变量时，IC与UCE间的关系。 分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。分别与GTR的截止区、放大区和饱和区相对应。 uCE0时，IGBT为反向阻断工作状态。 IGBT的基本特性 2、?IGBT的动态特性 IGBT的基本特性 ? IGBT的开通过程?????? 与MOSFET的相似，因为开通过程中IGBT在大部分时间作为MOSFET运行。 开通延迟时间td(on) ——从uGE上升至其幅值10%的时刻，到iC上升至10% ICM2??。???? 电流上升时间tr ——iC从10%ICM上升至90%ICM所需时间。 开通时间ton——开通延迟时间与电流上升时间之和。 uCE的下降过程分为tfv1和tfv2两段。tfv1——IGBT中MOSFET单独工作的电压下降过程；tfv2——MOSFET和PNP晶体管同时工作的电压下降过程。 IGBT的基本特性 IGBT的关断过程 关断延迟时间td(off) ——从uGE后沿下降到其幅值90%的时刻起，到iC下降至90%ICM 。 电流下降时间——iC从90%ICM下降至10%ICM 。 关断时间toff——关断延迟时间与电流下降之和。 电流下降时间又可分为tfi1和tfi2两段。tfi1——IGBT内部的MOSFET的关断过程，iC下降较快；tfi2——IGBT内部的PNP晶体管的关断过程，iC下降较慢。 IGBT的基本特性 IGBT中双极型PNP晶体管的存在，虽然带来了电导调制效应的好处，但也引入了少子储存现象，因而IGBT的开关速度低于电力MOSFET。 IGBT的击穿电压、通态压降和关断时间也是需要折衷的参数。 高压器件的N基区必须有足够宽度和较高的电阻率，这会引起通态压降的增大和关断时间的延长。 IGBT的主要参数 IGBT的主要参数 IGBT的特性和参数特点可以总结如下： IGBT的擎住效应和安全工作区 擎住效应或自锁效应： IGBT的驱动 1. 对栅极驱动电路的基本要求 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 IGBT的驱动 * 第7章 第7章 绝缘栅双极晶体