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。
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