最流行和常用的电力电子开关器件是双极结晶体管BJT和MOSFET。我们已经详细地讨论了BJT工作和工作的MOSFET以及它们在电路中的应用。但是，这两个组件在高电流应用中都有一些限制。所以，我们移动了另一种流行的电力电子开关设备，叫做IGBT。你可以把IGBT看作是BJT和MOSFET的融合，这些元件具有BJT的输入特性和MOSFET的输出特性。在本文中，我们将熟悉IGBT基础知识它们是如何工作的，以及如何在电路设计中使用它们。

IGBT是什么?

IGBT是绝缘栅双极晶体管．它是一种三端半导体开关器件，可用于多种类型电子器件的快速高效开关。这些器件主要用于放大器中，用于切换/处理具有脉宽调制(PWM)的复杂波形。典型的IGBT符号随着它的图像如下所示。

如前所述，IGBT是BJT和MOSFET之间的聚变。IGBT的符号也表示相同，你可以看到输入端表示一个MOSFET与栅极终端和输出端表示一个BJT与集电极和发射极。所述集电极和所述发射极是传导端子，所述发射极是传导端子门是控制终端用它来控制开关操作。

IGBT的内部结构

IGBT可以用由两个晶体管和MOSFET组成的等效电路来构造，因为IGBT具有以下组合的输出PNP型晶体管，NPN型晶体管,场效应晶体管．IGBT结合了晶体管的低饱和电压和MOSFET的高输入阻抗和开关速度。从这种组合中获得的结果提供了双极晶体管的输出开关和导通特性，但电压像MOSFET一样被控制。

由于IGBT是MOSFET和BJT的组合，它们也被称为不同的名称。的IGBT的不同名称是绝缘栅晶体管(IGT)，金属氧化物绝缘栅晶体管(MOSIGT)，增益调制场效应晶体管(GEMFET)，导电调制场效应晶体管(COMFET)。

IGBT的工作原理

IGBT有三个终端连接到三个不同的金属层，栅极终端的金属层通过一层二氧化硅(SIO2)与半导体绝缘。IGBT由4层半导体夹在一起构成。靠近收集器的层是P +衬底层上面是n -层，另一个p层保持更接近发射器，在p层内部，我们有n +层．p+层与n-层之间的结称为结J2, n-层与p层之间的结称为结J1。的IGBT结构如下图所示。

要理解IGBT的工作，考虑电压源V_G相对于发射极，正连接到栅极端子。考虑其他电压源V_CC通过发射器和收集器连接，其中收集器相对于发射器保持正。由于电压源V_CC结J1将是正向偏置，而结J2将是反向偏置。由于J2处于反向偏压，因此IGBT内部(从集电极到发射极)不会有任何电流流动。

最初，考虑没有电压施加到门终端，此时IGBT将处于不导电状态。现在如果我们增加栅极电压，由于电容的影响在SiO2层上，负离子会聚集在该层的上部，而正离子会聚集在SiO2层的下部。这将导致负电荷载流子插入到p区，外加电压V越高_G更大的负电荷载流子的插入。这将导致在J2结之间形成通道，从而允许从集电极到发射极的电流流量．电流的流动在图中表示为电流路径，当施加门电压V_G增加从集电极到发射极的电流流量也会增加。

IGBT的类型

根据有n+缓冲层的IGBT分为两种类型，具有n+缓冲层的IGBT称为IGBT穿透IGBT (PT-IGBT)，没有n+缓冲层的igbt称为n+缓冲层非穿透IGBT (NPT- IGBT)。

根据其特性，将NPT- IGBT和PT-IGBT分为对称IGBT和非对称IGBT。的对称的igbt是正反击穿电压相等的。的不对称的igbt是那些反向击穿电压小于正向击穿电压的。对称型igbt多用于交流电路，而非对称型igbt多用于直流电路，因为它们不需要支持相反方向的电压。

穿透IGBT (PT-IGBT)的区别和非打孔- IGBT (NPT- IGBT)

穿透IGBT (PT-IGBT)	Non-Punch Through- IGBT (NPT- IGBT)
它们在短路故障模式下不太坚固，热稳定性也较差	它们在短路故障模式下更加坚固，并且具有更高的热稳定性。
该集电极为重掺杂P+层	该集电极为轻掺杂p层。
它有一个小的正温度系数的状态电压，因此并联操作需要非常小心和注意。	导通电压的温度系数为强正，便于并联。
关断损耗对温度更敏感，因此在较高的温度下，关断损耗显著增加。	由于关断损耗对温度不太敏感，所以，它会随着温度的变化而保持不变。

IGBT作为电路的操作

由于IGBT是BJT和MOSFET的组合，让我们在这里以电路图的形式来研究它们的操作。下图显示了IGBT内部电路它包括两个BJT和一个MOSFET和一个JFET。IGBT的栅极、集电极和发射极引脚标记如下。

的收集者PNP型晶体管连接到NPN型晶体管通过一个JFET，所述JFET连接所述PNP晶体管的集电极和所述PNP晶体管的基极。这些晶体管以某种方式排列形成寄生晶闸管，从而形成一个负反馈回路．电阻RB被放置来缩短NPN晶体管的基极和发射极端子，以确保晶闸管不锁起，导致IGBT锁起。这里使用的JFET将表示任何两个IGBT单元之间的电流结构，并允许MOSFET和支持大部分电压。

IGBT开关特性

IGBT是一个电压控制装置，因此它只需要一个小电压门保持在传导状态。因为这些都是单向装置，它们只能在从集电极到发射极的前进方向上切换电流。一个典型的IGBT开关电路如下所示，栅极电压V_G应用于栅极引脚，以从电源电压V+切换电机(M)。电阻Rs大致用于限制通过电机的电流。

的IGBT的输入特性可以从下面的图表中理解。最初，当没有电压应用到栅极引脚时，IGBT处于关闭状态，并且没有电流流过集电极引脚。当施加在栅极引脚上的电压超过阈值电压， IGBT开始导电，集电极电流I_G开始在集电极和发射极终端之间流动。集电极电流随栅极电压的增加而增加，如下图所示。

IGBT的输出特性有三个阶段，初始阶段，当门电压V_通用电气是0时设备处于关闭状态，这叫做截止区．当V_通用电气是增加的，如果小于阈值电压然后会有一个小的泄漏电流流过器件，但器件仍然会在截止区域。当V_通用电气是增加超过阈值电压的设备进入活跃的地区电流开始流过设备。电流随着电压V的增大而增大_通用电气如上图所示。

IGBT的应用

igbt用于各种应用，如交流和直流电机驱动，无调节电源(UPS)，开关模式电源(SMPS)，牵引电机控制和感应加热，逆变器，用于将隔离门FET作为控制输入和双极功率晶体管作为单个设备的开关等。

IGBT封装

不同公司的gbt有不同种类的包装和不同的名称。例如，英飞凌技术公司提供通孔型和表面安装包。通孔型包包括TO-262、TO-251、TO-273、TO-274、TO-220、TO-220- 3fp、TO-247、TO-247AD。表面贴装包包括TO-263, TO-252。