IGBT的基本工作原理、开关特性及其输入特性

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种三端子的半导体开关器件，它结合了MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的高输入阻抗和BJT（双极型晶体管）的低导通压降特性，因此在高电压、大电流的电力电子领域中得到了广泛的应用。

IGBT的基本工作原理

IGBT的基本结构由N沟道MOSFET和PNP双极型晶体管组成，其导通和关断状态通过控制栅极电压来实现。在正向栅极电压作用下，MOSFET形成沟道，使得P+基极和N-层之间的电流能够流动，从而为PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。当栅极电压为零或反向时，沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。

IGBT的工作原理可以分为以下几个关键步骤：

1.栅极驱动 ：当在IGBT的栅极和发射极之间加上正向电压时，MOSFET导通，形成沟道，电子从发射极注入到P+基极区域，形成导电通道。

2.电导调制 ：随着电子的注入，P+基极区域的电导率增加，空穴从P+基极区域注入到N-层，进一步增强了电流的流动。

3.PNP晶体管导通 ：由于N-层的电导率增加，PNP晶体管的基极电流增加，使得PNP晶体管导通，从而使得IGBT整体导通。

4.关断过程 ：当栅极电压降低或变为零时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，PNP晶体管随之关断，IGBT整体关断。

IGBT的开关特性

IGBT是电压控制器件，因此只需要对栅极施加很小的电压就可以保持在导通状态。由于这些器件是单向的，它们只能在从集电极到发射极的正向方向上切换电流。IGBT的典型开关电路如下图所示，将栅极电压VG加到栅极引脚上，将电动机(M)从电源电压V+切换到电源电压V+。电阻Rs大致用于限制通过电机的电流。

IGBT的输入特性

IGBT的栅极引脚没有施加电压时，IGBT处于关断状态，没有电流流过集电极引脚。当加在栅极引脚上的电压超过阈值电压时，IGBT开始导通，集电极电流IG开始在集电极和发射极之间流动。集电极电流随栅极电压增加，如下图所示。