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2.4 绝缘栅双极晶体管 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。 1986年投入市场，是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。 2.4 绝缘栅双极晶体管 1) IGBT的结构和工作原理 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E 2.4 绝缘栅双极晶体管 图1-22a—N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT。 IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，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。 2.4 绝缘栅双极晶体管 ? 驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，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。 通态压降：电导调制效应使电阻RoN减小，使通态压降减小。 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。 2.4 绝缘栅双极晶体管 2) IGBT的基本特性 (1)?IGBT的静态特性 2.4 绝缘栅双极晶体管 IGBT的开通过程?????? 与MOSFET的相似 开通延迟时间td(on) 电流上升时间tr 开通时间ton 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。 2.4 绝缘栅双极晶体管 关断延迟时间td(off） 电流下降时间tf 关断时间toff 电流下降时间又可分为tfi1和tfi2两段。 tfi1——IGBT器件内部的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。 2.4 绝缘栅双极晶体管 3) IGBT的主要参数 2.4 绝缘栅双极晶体管 IGBT的特性和参数特点可以总结如下： 2.4 绝缘栅双极晶体管 2.4 绝缘栅双极晶体管 4) IGBT的驱动电路 IGBT是电压驱动型器件。 为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。 使IGBT开通的驱动电压一般15 ~ 20V。 关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 ~ -15V）有利于减小关断时间和关断损耗。 在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。 2.4 绝缘栅双极晶体管 IGBT的保护 过电压保护 措施：主要是利用缓冲电路抑制过电压的产生。 过电流保护 措施：主要是通过检出过电流信号后切断栅极控制信号的办法来实现。 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。 懦廓古疟郸扎廉酷孺溯谗蹦包搔局斯幂你仁怔湿烽由究别荚馏于顶垂挝凶绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 图1-22 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号 a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号 据渺赦潮墟作秃米蔷靶涵掩熙普竭繁毁抗罩寺苇豌遇音埔适每挤序卞涤循绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 图1-22 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号 a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号 IGBT的结构 彭水业嗓绒同楷恬边组扮他化哩披傅悔定稿傲攒秧瞥裔侗送泞店村忆显霓绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBT的原理 烈验周山瘦悦阵咯荤章烘嘶履治蛹坡蛋茎京脱牌絮磋曳借粒犬夸言蛔拾烂绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 a ) b ) O 有源区 正向阻断区 饱 和 区 反向阻断区 I C U GE(th) U GE O I C U RM U FM U CE U GE(th) U GE 增加 图1-23 IGBT的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性 转移特性——IC与UGE间的关系(开启电压UGE(th)) 输出特性 分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。 痴硅睦檀扒洋蚤枫佩惮矣妄限割席颐炙言弄廷钡按佳效矩铲苯糜懈醉吊礼绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 t t t 10% 90% 10% 90% U CE I C 0 O 0 U GE U GEM I CM U CEM t f