IGBT管的结构与工作原理
IGBT的结构和工作原理
IGBT的结构和工作原理图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。
N+ 区称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region ）。
而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极。
IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。
IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。
2.IGBT 的工作特性1.静态特性IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高，Id 越大。
它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。
在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。
如果无N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。
IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。
它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。
IGBT工作原理
IGBT工作原理概述：IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）是一种高性能功率半导体器件，常用于控制和调节高电压和高电流的电力电子应用中。
本文将详细介绍IGBT的工作原理及其相关特性。
一、IGBT结构IGBT由三个主要部份组成：N型电流扩散层、P型基区和N型绝缘栅区。
它的结构类似于MOSFET和双极晶体管的结合体，具有MOSFET的高输入阻抗和双极晶体管的低导通压降特性。
二、IGBT工作原理1. 关断状态：当IGBT的栅极电压为0V时，处于关断状态。
此时，N型电流扩散层和N型绝缘栅区之间形成为了反向偏置的PN结，阻挠了电流的流动。
2. 开通状态：当给IGBT的栅极施加正向电压时，即使很小的电压也能引起电流的流动。
在开通状态下，栅极电压控制导通电流的大小。
3. IGBT的导通过程：当栅极电压高于临界电压时，电流开始从N型电流扩散层注入到P型基区，形成NPN型双极晶体管。
由于双极晶体管的放大作用，电流迅速增加。
同时，由于N型绝缘栅区的存在，栅极电压控制了电流的大小。
因此，IGBT具有较低的导通压降。
4. IGBT的关断过程：当栅极电压降低到临界电压以下时，电流开始减小。
在关断过程中，IGBT的关断速度取决于去除电荷的速度。
通常，通过施加负向电压或者短路栅极电压来加快关断速度。
三、IGBT的特性1. 高输入阻抗：由于IGBT的栅极绝缘层，其输入电流极小，因此具有高输入阻抗。
这使得IGBT可以被各种控制电路轻松驱动。
2. 低导通压降：IGBT的导通压降较低，这意味着在导通状态下能够减小功率损耗，提高效率。
3. 大功率承受能力：IGBT能够承受较高的电压和电流，适合于高功率应用，如变频器、电力传输、电动车等。
4. 快速开关速度：IGBT具有较快的开关速度，可以实现高频率的开关操作，适合于需要频繁开关的应用。
5. 温度依赖性：IGBT的导通压降和关断速度受温度影响较大。
简述IGBT的主要特点和工作原理
简述IGBT的主要特点和工作原理一、简介IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor，是一种复合全控电压驱动功率半导体器件。
由BJT（双极晶体管）和IGFET（绝缘栅场效应晶体管）组成。
IGBT兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR 的低导通压降的优点。
GTR 的饱和电压降低，载流密度大，但驱动电流更大。
MOSFET的驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT结合了以上两种器件的优点，驱动功率小，饱和电压降低。
非常适合用于直流电压600V及以上的变流系统，如交流电机、逆变器、开关电源、照明电路、牵引驱动等领域。
IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极晶体管）和FWD（续流二极管）通过特定的电路桥封装而成的模块化半导体产品。
封装后的IGBT模块直接应用于逆变器、UPS不间断电源等设备。
IGBT模块具有节能、安装维护方便、散热稳定等特点。
一般IGBT也指IGBT模块。
随着节能环保等理念的推进，此类产品将在市场上越来越普遍。
IGBT是能量转换和传输的核心器件，俗称电力电子器件的“CPU”，广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源设备等领域。
二、IGBT的结构下图显示了一种N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构。
N+区称为源极区，其上的电极称为源极（即发射极E）。
N基区称为漏区。
器件的控制区为栅极区，其上的电极称为栅极（即栅极G）。
沟道形成在栅区的边界处。
C 极和E 极之间的P 型区域称为子通道区域。
漏极区另一侧的P+ 区称为漏极注入器。
它是IGBT独有的功能区，与漏极区和子沟道区一起构成PNP双极晶体管。
它充当发射极，将空穴注入漏极，进行传导调制，并降低器件的通态电压。
《N沟道增强型绝缘栅双极晶体管》IGBT的开关作用是通过加正栅电压形成沟道，为PNP（原NPN）晶体管提供基极电流，使IGBT导通。
反之，加反向栅压消除沟道，切断基极电流，就会关断IGBT。
IGBT的结构与工作原理详解
IGBT的结构与工作原理详解一、IGBT的结构图1所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区称为源区，附于其上的电极称为源极。
N+区称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在漏、源之间的P型区（包括P+和P-区，沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。
而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极。
IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。
IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
二、IGBT的工作特性1、静态特性IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。
它与GTR的输出特性相似．也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3部分。
在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。
如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。
IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。
它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。
在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。
IGBT工作原理和工作特性
IGBT工作原理和工作特性1. IGBT的基本原理IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种高压、高速开关设备，结合了MOSFET和双极晶体管（BJT）的特性。
它具有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降。
2. IGBT的结构IGBT由N型衬底、P型衬底和N型增强层组成。
增强层上有一个PN结，形成NPN三极管结构，而P型衬底连接到集电极。
3. IGBT的工作原理当IGBT的栅极电压为零时，栅极-源极结处形成反向偏置，导通区域被截断。
当栅极电压大于阈值电压时，栅极-源极结处形成正向偏置，导通区域开始形成导电通道，电流开始流动。
4. IGBT的工作特性（1）低导通压降：IGBT的导通压降较低，可以减少功耗和热损耗。
（2）高输入阻抗：IGBT的栅极电流非常小，输入阻抗较高，可以减少输入功率和电流。
（3）高开关速度：IGBT的开关速度较快，可以实现高频率开关操作。
（4）大功率处理能力：IGBT能够处理大功率电流和高电压。
（5）可靠性：IGBT具有较高的可靠性和稳定性，适用于各种工业应用。
5. IGBT的应用领域（1）电力电子：IGBT广泛应用于电力变换器、逆变器、交流调速器等领域。
（2）电动车：IGBT用于电动车的电机驱动系统，提供高效率和高性能。
（3）可再生能源：IGBT在太阳能和风能转换系统中用于能量转换和电网连接。
（4）工业自动化：IGBT用于工业机器人、自动化控制系统和电力工具等。
6. IGBT的优势和劣势（1）优势：高压能力、低导通压降、高开关速度、可靠性高、适用于大功率应用。
（2）劣势：对静电放电敏感、温度敏感、需要驱动电路。
7. IGBT的发展趋势（1）高集成度：将多个IGBT芯片集成在一个封装中，提高功率密度和可靠性。
（2）低损耗：减少导通和开关损耗，提高能效。
（3）高温特性：提高IGBT在高温环境下的工作能力。
（4）低成本：降低生产成本，推动IGBT技术的普及和应用。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作原理、基本特性、主要参数
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的工作原理、基本特性、主要参数绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种复合型电力电子器件。
它结合了MOSFET和电力晶体管GTR的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低、耐压高和承受电流大的优点，因而具有良好的特性。
自1986年IGBT开始投入市场以来，就迅速扩展了其应用领域，目前已取代了原来GTR和一部分MOSFET的市场，成为中、小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。
IGBT的结构与工作原理IGBT是三端器件。
具有栅极G、集电极C和发射极E。
图1（a）给出了一种由N 沟道MOSFET与双极型晶体管组合而成的IGBT的基本结构。
与MOSFET对照可以看出，IGBT比MOSFET多一层P+注入区，因而形成了一个大面积的PN结J1。
这样使得IGBT导通时由P+注入区向N基区发射载流子，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。
图1 IGBT的结构、等效电路和电气符号从图1可以看出，这是用双极型晶体管与MOSFET组成的达林顿结构，相当于一个由MOSFET驱动的PNP晶体管，RN为晶体管基区内的调制电阻。
因此，IGBT 的驱动原理与MOSFET基本相同，它是一种场控器件，其开通和关断是由栅射电压uGE决定的，当uGE为正且大于开启电压UGE（th）时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通。
由于前面提到的电导调制效应，使得电阻RN减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。
当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT关断。
上述PNP晶体管与N沟道MOSFET组合而成的IGBT称为N沟道IGBT，记为N-IGBT，其电气图形符号如图1（c）所示。
IGBT工作原理
IGBT工作原理IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种常用的功率半导体器件，它结合了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）的优点，具有高速开关特性和低导通压降，被广泛应用于电力电子领域。
1. IGBT结构IGBT由四个不同的区域组成：N+型注入区、P型基区、N型漂移区和P+型集电区。
这四个区域通过不同的掺杂和扩散工艺形成，其中N+区和P+区是为了提供电子和空穴注入的区域，P区和N区是为了形成PN结。
2. IGBT工作原理当IGBT的控制极（Gate）施加正向电压时，Gate和Emitter之间的PN结会被击穿，形成通道，电子开始注入N+区，空穴注入P+区。
此时，IGBT处于导通状态，可以通过电流。
当控制极施加零电压或负向电压时，Gate和Emitter之间的PN结处于正向偏置状态，通道被截断，IGBT处于关断状态，无法通过电流。
3. IGBT的工作特点- 高电压能力：IGBT的漂移区可以承受较高的电压，适用于高压应用。
- 高开关速度：IGBT的结构使得其具有较高的开关速度，适用于高频应用。
- 低导通压降：IGBT的导通压降比BJT低，能够减少功率损耗。
- 低输入电流：IGBT的控制极输入电流较小，可以降低功耗。
4. IGBT的应用领域IGBT广泛应用于各种功率电子设备中，包括电力变换器、变频器、电机驱动器、逆变器、电力调节器等。
具体应用包括：- 工业应用：工厂自动化设备、电机驱动、电焊机等。
- 交通运输：电动汽车、高速铁路、电动船舶等。
- 可再生能源：太阳能发电、风力发电等。
- 家电产品：空调、冰箱、洗衣机等。
5. IGBT的优势和劣势- 优势：- 高电压能力和低导通压降，适用于高功率应用。
- 高开关速度，适用于高频应用。
- 控制极输入电流小，功耗低。
- 结构简单，制造工艺成熟。
- 劣势：- 由于结构特殊，IGBT的开关损耗较大。
IGBT结构及工作原理
IGBT结构及工作原理IGBT即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT结构上图所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区称为源区，附于其上的电极称为源极（即发射极E）。
N 基极称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极（即门极G）。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在C、E两极之间的P型区（包括P+和P-区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。
而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极（即集电极C）。
IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP（原来为NPN）晶体管提供基极电流，使IGBT导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。
IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N-沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N-层的空穴（少子），对N-层进行电导调制，减小N-层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
IGBT工作原理方法：IGBT是将强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。
由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS（on）数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。
IGBT工作原理
IGBT工作原理概述：IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）是一种高压高功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。
本文将详细介绍IGBT的工作原理、结构和特点。
一、IGBT的结构：IGBT由N型沟道MOSFET和双极晶体管BPT组成。
其结构包括P型衬底、N 型沟道、P型基区、N型漏极、N+型源极、N+型漏极、P+型栅极和金属接触等部分。
IGBT的结构使其具备了MOSFET的低功耗特点和BPT的高电压承受能力。
二、IGBT的工作原理：1. 关态（关断状态）：当IGBT的栅极电压低于阈值电压时，栅极与沟道之间的PN结处于反向偏置，形成一个绝缘层，导致沟道中没有电流流动。
此时，IGBT处于关断状态，电流无法通过。
2. 开态（导通状态）：当栅极电压高于阈值电压时，栅极与沟道之间的PN结正向偏置，绝缘层消失，电流可以流经沟道。
此时，IGBT处于导通状态。
3. 开关过程：在IGBT导通状态下，当控制电压施加在栅极上时，栅极与沟道之间的PN结会形成一个导电通道，这样电流就可以通过IGBT。
当控制电压从高电平变为低电平时，导电通道会被关闭，电流无法通过IGBT。
三、IGBT的特点：1. 高压承受能力：IGBT能够承受较高的电压，通常可达数千伏。
2. 低导通压降：IGBT导通时的电压降低，能够减小功率损耗。
3. 高开关速度：IGBT具有较快的开关速度，能够实现高频率开关。
4. 低驱动功率：IGBT的驱动电流较小，能够降低功耗。
5. 可靠性高：IGBT具有较高的可靠性和较长的寿命。
四、应用领域：IGBT广泛应用于电力电子领域，主要用于高压高功率的开关电源、变频器、逆变器、电力传输、电动车辆、风力发电、太阳能发电等设备中。
总结：IGBT是一种高压高功率开关器件，具有高压承受能力、低导通压降、高开关速度、低驱动功率和高可靠性的特点。
通过控制栅极电压，可以实现IGBT的开关功能。
IGBT工作原理
IGBT工作原理一、概述IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）是一种高性能功率开关器件，结合了MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降特性。
本文将详细介绍IGBT的工作原理及其相关参数。
二、IGBT结构IGBT由四个区域组成：N+区（源极）、P区（基极）、N区（漏极）和P+区（栅极）。
其中，N+区和P+区为电极区，N区和P区为导电区。
三、工作原理1. 导通状态：当栅极电压高于阈值电压时，栅极与基极之间形成正向偏置，P 区中的空穴和N区中的电子被注入，形成导电通道，使得N+区和P+区之间形成低阻抗通路，IGBT处于导通状态。
2. 关断状态：当栅极电压低于阈值电压时，栅极与基极之间形成反向偏置，P 区中的空穴和N区中的电子被吸引回原区域，导电通道被截断，IGBT处于关断状态。
四、关键参数1. 阈值电压（Vth）：栅极电压高于该值时，IGBT开始导通。
2. 饱和电压（Vce(sat)）：在导通状态下，漏极与源极之间的电压降。
3. 最大漏极电流（ID(max)）：IGBT能够承受的最大漏极电流。
4. 开关速度：IGBT的开关速度取决于栅极电压的变化率，即栅极电流的上升和下降速度。
五、应用领域IGBT广泛应用于工业控制、电力电子、交通运输等领域。
例如：1. 变频器：IGBT作为变频器的主要开关元件，用于控制机电的转速和输出功率。
2. 逆变器：IGBT用于将直流电能转换为交流电能，广泛应用于太阳能发电、风能发电等领域。
3. 电力传输与配电系统：IGBT用于电力变压器的控制、电网的稳定性控制等。
4. 电动汽车：IGBT作为电动汽车的主要功率开关器件，用于控制机电的启停和输出功率。
六、IGBT的优势和挑战1. 优势：- 高开关速度：IGBT具有快速开关速度，适合于高频率开关应用。
- 低导通压降：IGBT的导通压降较低，能够降低功率损耗。
- 高耐压能力：IGBT具有较高的耐压能力，可以承受较高的电压。
IGBT的结构和工作原理
IGBT的结构和工作原理图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。
N+ 区称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region ）。
而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极。
IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。
IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。
2.IGBT 的工作特性1.静态特性IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高，Id 越大。
它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。
在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。
如果无N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。
IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。
它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。
通俗易懂讲解IGBT的工作原理和作用
通俗易懂讲解IGBT的工作原理和作用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）即绝缘栅双极晶体管，是一种常用的功率半导体器件，具有高电压、高电流和高开关速度的特点。
它广泛应用于交流调速、电源逆变、电机驱动等领域，具有重要的作用。
本文将通俗易懂地介绍IGBT的工作原理和作用。
一、IGBT的工作原理IGBT是由N沟道型MOS（Metal Oxide Semiconductor）场效应晶体管与PNP型双极晶体管组成。
它结合了MOSFET和双极晶体管的优点，在导通时具有较低的导通压降，而在关断时具有较高的击穿电压。
其工作原理如下：1. 导通状态：在IGBT导通状态下，当控制电压Ugs大于门极阈值电压Uth时，N沟道型MOSFET处于导通状态，形成通道，电流可以从集电极到源极流动。
由于N沟道型MOSFET的导通电阻较小，因此导通时的压降很小。
2. 关断状态：当控制电压Ugs小于门极阈值电压Uth时，N沟道型MOSFET无通道，不导电，IGBT进入关断状态。
此时，通过控制电压Uce（集电-发射极电压）可以实现IGBT的关断。
由于PNP型双极晶体管的存在，即使在较高的Uce下，IGBT也能承受较高的电压。
IGBT的工作原理可以用一个自锁开关的例子来解释。
N沟道型MOSFET相当于自锁开关的门锁，控制门锁的状态可以实现导通和关断；PNP型双极晶体管相当于自锁开关的钥匙，即使是在关断状态下，只要插入钥匙（提供较高的Uce），开关仍然可以打开。
二、IGBT的作用IGBT作为一种高性能的功率开关器件，其作用主要体现在以下几个方面：1. 电流调节：IGBT能够调节高电压和高电流，广泛应用于交流调速和电源逆变等领域。
在交流调速中，IGBT可以根据输入信号的变化，控制电机的转速和输出功率。
2. 电源逆变：IGBT可实现DC/AC逆变，将直流电源转换为交流信号，用于交流电源转换、逆变焊机等领域。
技术干货：IGBT的结构与工作原理及测量方法
IGBT全称绝缘栅双极晶体管，它是由BJT（双极型晶体管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式电子电力器件，即具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极型功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。
一、IGBT的结构IGBT在结构上类似于MOSFET，其不同点在于IGBT是在N沟道功率管MOSFET的N+基板（漏极）上加了一个P+基板（IGBT）的集电极，行成PN结J1，并由此引出漏极，栅极和源极则完全与MOSFET相似。
正是由于IGBT是在N沟道MOSFET的N+基板上加一层P+基板，形成了四层结构，由PNP-NPN晶体管构成IGBT。
但是，PNP晶体管和发射极由于铝电极短路，设计时尽量使NPN 不起作用。
所以说，IGBT的基本工作与NPN晶体管无关，可以认为是将N沟道MOSFET作为输入极，PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。
IEC规定：①源极引出的电极端子（含电机端）称为发射极端（子）；②漏极引出的电极端（子）称为集电极端（子）；③栅极引出的电极端（子）称为栅极端（子）。
N+区称为源区，附于其上的电极称为源极。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极，沟道在紧靠栅区边界形成。
在漏、源极之间的P型区（包括P+和P-区，沟道在该区域形成），称为亚沟道区。
而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区，它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极。
二、IGBT的工作原理N沟道的IGBT工作是通过栅极-发射极间加阀值电压Vth以上的（正）电压，在栅极电极正下方的P层上形成反型层（沟道），开始从发射极电极下的N-层注入电子。
该电子为NPN晶体管的少数载流子，从集电极衬底P+层开始流入空穴，进行电导率调制（双极工作），所以可以降低集电极-发射极间饱和电压。
igbt结构及工作原理
igbt结构及工作原理
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）又称绝缘栅双极晶体管，它是一种晶体管的类型，结构上呈现出MOS管和功率双
极晶体管的特点。
IGBT主要由N型绝缘栅MOS管和P型双极晶体管组成。
整
个结构通常被称为四层结构，其由P型补偿区、N型沟道区、
N+型注入区和N+型外扩区组成。
IGBT是一种被用于功率电子应用的开关设备，它结合了功率
双极晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）的优点。
IGBT工作时，外加正向电压Vce，流经P-N结将在P+区注入少量N
型电荷，因此即使基极电流Ib为零，P+区也被维持为N型的，这样N+区注入少量P型电荷，从而形成两个结，即NPN和PNP双极晶体管。
而当绝缘栅MOS管处于开通状态时，由于
P型基区的增强电导，充电区的电压VCE下降，形成电子注。
通过调节绝缘栅极的电压来控制电流流经晶体管的区域。
当绝缘栅极施加的电压大于某个阈值电压时，绝缘栅极与N型沟
道区之间形成足够的电场，使得电子能够通过绝缘栅极进入沟道区域。
这时，绝缘栅极就起到了控制电流流经通道的作用。
IGBT工作时，绝缘栅极控制电流的开关过程中，通过控制绝
缘栅极电压的大小来改变绝缘栅极与N型沟道区之间的电场，从而控制导通和截止状态的转换。
这样，IGBT能够在开关操
作中实现低导通压降和高频率操作的能力。
总的来说，IGBT的工作原理是通过绝缘栅极的控制调节电流流经的通道，从而实现开关操作，并具有高效率、高速度和低导通压降的特点，因此被广泛应用于功率电子领域。
IGBT原理分享
IGBT原理分享IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种广泛应用于各种领域的功率半导体器件，它综合了金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）和双极型晶体管（BJT）的优点，具有高电压和高电流承受能力以及低开关损耗的特点。
在本篇文章中，我们将分享IGBT的工作原理和特性。
IGBT的结构和普通的MOSFET相似，由PNP双极晶体管和NPN双极晶体管组成。
IGBT的三个主要区域是N区（n-drift区）、P区和N区（n＋区）。
N区（n-drift区）是电流承受区，负责承受高电流；P区是控制区，负责控制电流的流动；N区（n＋区）是电流输入区，负责输入电流。
IGBT的工作原理如下：1. 假设IGBT处于关闭状态，当加在控制极（G极）上的电压高于其极限电压（Vge）时，G极和E极之间的漏极结形成导通通道。
这个时候N区（n-drift区）的外加电压开始增加，当达到Vge阈值时，N区（n-drift区）上的电流开始流动。
2. 当N区（n-drift区）上的增加电压导致P区和N区（n＋区）之间的势垒产生。
如果这种势垒足够高，那么电子-空穴对将会产生，从而形成P-I-N结构。
3. 在电子-空穴对的作用下，电子从N区（n＋区）注入到P区，空穴从P区注入到N区（n＋区）。
在P区，由于电子与空穴的再组合作用，形成了发射区。
发射区的电流以JFET的方式增加。
而在N区（n-drift 区），由于受到输入电流的作用，形成了漏极区。
漏极区的电流以MOSFET的方式增加。
4. 当N区（n-drift区）上的电流达到一定的值时，它将超过NPN 双极晶体管的饱和电流，导致NPN区将进入饱和状态。
这时候，晶体管具有较低的导通电压降和较高的电流承受能力。
IGBT的特性如下：1.高电压承受能力：IGBT能够承受数百伏特的高电压，在高压应用中非常有用。
2.高电流承受能力：IGBT能够承受几千安培的电流，使其适用于高功率应用。
igbt课件
igbt课件IGBT课件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种集大功率MOSFET和双极型晶体管优点于一身的功率半导体器件。
它在现代电力电子设备中得到广泛应用，如变频器、电动车控制器、电力传输系统等。
IGBT课件是一种教学资料，用于介绍和讲解IGBT的原理、结构、特性以及应用等方面的知识。
本文将从多个角度对IGBT课件进行探讨，帮助读者更好地了解和应用这一重要的电子器件。
一、IGBT的原理和结构IGBT是一种三端器件，由NPN型双极型晶体管和P型MOSFET组成。
它的工作原理是通过控制栅极电压来控制电流的导通和截止。
在导通状态下，IGBT具有低电压降和高电流承载能力；在截止状态下，它具有高电压隔离能力。
IGBT的结构复杂，包括N型衬底、P型基区、N型漏极、P型栅极等部分。
通过精心设计和优化这些结构，可以实现IGBT的高效率和可靠性。
二、IGBT的特性和优势IGBT具有许多独特的特性和优势，使其成为现代功率电子领域中的主要选择。
首先，IGBT具有高开关速度和低开关损耗，可以实现高频率的开关操作。
其次，IGBT的导通压降较低，可以减少能量损耗和发热。
此外，IGBT还具有较高的电流承载能力和较高的工作温度范围，适用于各种恶劣环境条件下的工作。
这些特性和优势使得IGBT在电力电子应用中得到广泛应用。
三、IGBT的应用领域IGBT在各个领域中都有广泛的应用。
在工业领域，IGBT被用于变频器、电机驱动器、电力传输系统等设备中，用于实现电能的高效转换和控制。
在交通领域，IGBT被应用于电动车控制器、高速列车牵引系统等，提高了交通工具的能效和可靠性。
此外，IGBT还被用于太阳能和风能发电系统中，实现可再生能源的高效利用。
IGBT的应用领域还在不断拓展，为各个行业带来了巨大的发展潜力。
四、IGBT课件的教学意义IGBT课件是一种教学资料，用于向学生介绍和讲解IGBT的相关知识。
igbt的结构及原理
igbt的结构及原理
IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种结合了MOSFET（金属
氧化物半导体场效应晶体管）和双极型晶体管的功率开关器件。
它的结构包括四个区域：N+型区域，P型区域，N型区域和
P+型区域。
IGBT的N+型区域与P型区域之间形成一个PN结，被称为集
电极（collector）-耗尽区（depletion region）。
在集电极-耗尽
区之上，有一个N型区域，被称为漂移区（drift region）。
漂
移区之上，有一个P+型区域，称为源极（source）。
IGBT的工作原理基于源极到漂移区之间的N沟道效应。
当源
极上的电压高于漂移区时，沟道导电会被打开，电流可以从源极到漂移区流动。
当沟道导电打开后，通过控制栅极电压可以调节电流流动。
IGBT的工作过程如下：当栅极和源极之间的电压高于阈值电
压时，沟道导电打开，电流从源极流过漂移区到集电极，此时处于导通状态。
当栅极和源极之间的电压低于阈值电压时，沟道导电关闭，电流无法从源极流过漂移区到集电极，此时处于截止状态。
IGBT的优点在于具有低导通电阻和较高的开关速度。
其低导
通电阻可实现高电流承载能力，开关速度则决定了其在高频应用中的可用性。
另外，IGBT还具有较高的开关效率和较低的
开关噪声。
总之，IGBT是一种结合了MOSFET和双极型晶体管的功率开关器件，具有低导通电阻和较高的开关速度，适用于高频应用和要求高电流承载能力的场合。
IGBT的构造与工作原理详解
IGBT的构造与工作原理详解1．前言在绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)得到大力发展以前，功率场效应管MOSFET被用于需要快速开关的中低压场合，晶闸管、GTO被用于中高压领域。
MOSFET虽然有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好、驱动电路简单的优点；但是，在200V或更高电压的场合，MOSFET的导通电阻随着击穿电压的增加会迅速增加，使得其功耗大幅增加，存在着不能得到高耐压、大容量元件等的缺陷。
双极晶体管具有优异的低正向导通压降特性，虽然可以得到高耐压、大容量的元件；但是它要求的驱动电流大，控制电路非常复杂，而且交换速度不够快。
IGBT正是作为顺应这种要求而开发的，它是由MOSFET（输入级）和PNP晶体管（输出级）复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十KHz频率范围内。
基于这些优异的特性，IGBT一直广泛使用在超过300V电压的应用中，模块化的IGBT可以满足更高的电流传导要求，其应用领域不断提高，今后将有更大的发展。
2．IGBT构造与特性IGBT是由MOSFET和GTR技术结合而成的复合型开关器件，是通过在功率MOSFET 的漏极上追加p+层而构成的，性能上也是结合了MOSFET和双极型功率晶体管的优点。
N+区称为源区，附于其上的电极称为源极（即发射极E）。
P+区称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极（即门极G）。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在C、E两极之间的P型区（包括P+和P-区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。
而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态压降。
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IGBT管的结构与工作原理
1.IGBT的结构与工作原理图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。
N+ 区称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（ Subchannel region ）。
而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极。
IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。
IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。
2.IGBT 的工作特性
1.静态特性
IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高， Id 越大。
它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。
在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。
如果无
N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。
IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。
它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。
在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内， Id 与Ugs呈线性关系。
最
高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。
IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。
IGBT 处于导通态时，由于它的PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其B 值极低。
尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。
此时，通态电压Uds(on) 可用下式表示：
Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh
式中Uj1 ——JI 结的正向电压，其值为0.7 ～1V ；Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降；Roh ——沟道电阻。
通态电流Ids 可用下式表示：
Ids=(1+Bpnp)Imos
式中Imos ——流过MOSFET 的电流。
由于N+ 区存在电导调制效应，所以IGBT 的通态压降小，耐压1000V的IGBT 通态压降为2 ～ 3V 。
IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。
2.动态特性
IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET 来运行的，只是在漏源电压Uds 下降过程后期， PNP 晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。
td(on) 为开通延迟时间， tri 为电流上升时间。
实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton 即为td (on) tri 之和。
漏源电压的下降时间由tfe1 和tfe2 组成。
IGBT的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。
当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。
因为IGBT栅极- 发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行触发，不过由于IGBT 的输入电容较MOSFET为大，故IGBT的关断偏压应该比许多MOSFET驱动电路提供的偏压更高。
IGBT的开关速度低于MOSFET，但明显高于GTR。
IGBT在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。
IGBT的开启电压约3～4V，和MOSFET相当。
IGBT导通时的饱和压降比MOSFET低而和GTR 接近，饱和压降随栅极电压的增加而降低。
3.IGBT的工作原理
N沟型的 IGBT工作是通过栅极-发射极间加阀值电压VTH以上的（正）电压，在栅极电极正下方的p层上形成反型层（沟道），开始从发射极电极下的n-层注入电子。
该电子为p+n-p晶体管的少数载流子，从集电极衬底p+层开始流入空穴，进行电导率调制（双极工作），所以可以降低集电极-发射极间饱和电压。
工作时的等效电路如图1（b）所示，IGBT的符号如图1（c）所示。
在发射极电极侧形成n+pn-寄生晶体管。
若n+pn-寄生晶体管工作，又变成p+n- pn+晶闸管。
电流继续流动，直到输出侧停止供给电流。
通过输出信号已不能进行控制。
一般将这种状态称为闭锁状态。
为了抑制n+pn-寄生晶体管的工作IGBT采用尽量缩小p+n-p晶体管的电流放大系数α作为解决闭锁的措施。
具体地来说，p+n-p的电流放大系数α设计为0.5以下。
IGBT的闭锁电流IL为额定电流（直流）的3倍以上。
IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，通断由栅射极电压uGE决定。
(1)导通
IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层（NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分），其中一个
MOSFET驱动两个双极器件。
基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。
当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。
如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。
最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)；空穴电流（双极）。
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。
(2)导通压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降小。
(3)关断
当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。
在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子（少子）。
这种残余电流值（尾流）的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。
少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。
鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。
因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与VCE、IC和 TC有关。
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。
(4)反向阻断。
当集电极被施加一个反向电压时，J1 就会受到反向偏压控制，耗尽层则会向N-区扩展。
因过多地降低这个层面的厚度，将无法取得一个有效的阻断能力，所以，这个机制十分重要。
另一方面，如果过大地增加这个区域尺寸，就会连续地提高压降。
(5)正向阻断。
当栅极和发射极短接并在集电极端子施加一个正电压时，P/NJ3结受反向电压控制。
此时，仍然是由N漂移区中的耗尽层承受外部施加的电压。
(6)闩锁。
IGBT在集电极与发射极之间有一个寄生PNPN晶闸管。
在特殊条件下，这种寄生器件会导通。
这种现象会使集电极与发射极之间的电流量增加，对等效MOSFET 的控制能力降低，通常还会引起器件击穿问题。
晶闸管导通现象被称为IGBT闩锁，具体地说，这种缺陷的原因互不相同，与器件的状态有密切关系。
通常情况下，静态和动态闩锁有如下主要区别：
当晶闸管全部导通时，静态闩锁出现。
只在关断时才会出现动态闩锁。
这一特殊现象严重地限制了安全操作区。
为防止寄生NPN和PNP晶体管的有害现象，有必要采取以下措施：一是防止NPN 部分接通，分别改变布局和掺杂级别。
二是降低NPN和PNP晶体管的总电流增益。
此外，闩锁电流对PNP和NPN器件的电流增益有一定的影响，因此，它与结温的关系也非常密切；在结温和增益提高的情况下，P基区的电阻率会升高，破坏了整体特性。
因此，器件制造商必须注意将集电极最大电流值与闩锁电流之间保持一定的比例，通常比例为1：5。