最受欢迎，最常用的电力电子开关设备是双极连接晶体管BJT和MOSFET。我们已经详细讨论了BJT的工作和MOSFET的工作以及它们如何在电路中使用。但是，这两个组件都有一些局限性在非常高的电流应用中使用。因此，我们移动了另一个称为IGBT的流行电源开关设备。您可以将IGBT视为BJT和MOSFET之间的融合，这些组件具有BJT的输入特性和MOSFET的输出特性。在本文中，我们熟悉IGBT的基础知识，它们的工作方式以及如何在电路设计中使用它们。

什么是IGBT？

IGBT是绝缘栅极晶体管。它是一种三端半导体开关设备，可用于在许多类型的电子设备中以高效率的快速开关使用。这些设备主要用于放大器，用于切换/处理脉冲宽度调制（PWM）的复杂波模式。典型IGBT的象征及其图像如下所示。

如前所述，IGBT是BJT和MOSFET之间的融合。IGBT的符号也表示相同，因为您可以看到输入侧表示带门端子的MOSFET，并且输出侧代表带有收集器和发射器的BJT。收集器和发射极是传导终端和门是控制终端通过控制开关操作。

IGBT的内部结构

IGBT可以用由两个晶体管和MOSFET组成的等效电路构建，因为IGBT具有以下组合的输出PNP晶体管，，，，NPN晶体管， 和MOSFET。IGBT将晶体管的低饱和电压与MOSFET的高输入阻抗和开关速度结合在一起。从该组合获得的结果提供了双极晶体管的输出开关和传导特性，但电压像MOSFET一样受控。

由于IGBT是MOSFET和BJT的组合，它们也被不同的名称称为。这IGBT的不同名称是绝缘栅极晶体管（IGT），金属氧化物绝缘栅极晶体管（MOSIGT），增益调制场效应晶体管（GEMFET），电导性调制场效应晶体管（COMFET）。

IGBT的工作

IGBT具有三个端子连接到三个不同的金属层，栅极末端的金属层通过一层二氧化硅（SIO2）从半导体中绝缘。IGBT用4层半导体夹在一起。靠近收集器的一层是P+底物层上面是n层，另一个p层靠近发射极，在P层内，我们有n+层。P+层和N层之间的连接称为J2接线J2，N层和P层之间的连接称为J1 J1。这IGBT的结构如下图所示。

理解IGBT的工作，考虑电压源V_G相对于发射极的栅极终端有正面连接。考虑其他电压源V_CC跨发射器和收藏家连接，在发射器方面保持积极的态度。由于电压源V_CC交界处的J1将是向前偏向的，而交界处的J2将是反向偏置的。由于J2处于反向偏置，因此IGBT内部不会有任何当前流动（从收集器到发射极）。

最初，考虑到没有电压门端，在此阶段，IGBT将处于非导电状态。现在，如果我们增加了施加的门电压，则电容效应在SIO2层上，负离子将积聚在层的上侧，而正离子将积聚在SIO2层的下侧。这将导致在P区域中插入负电荷载体，施加电压V较高_G更大的插入负电荷的载体。这将导致J2连接之间的通道的形成，这允许从收藏家到发射极的电流流。当施加时，电流的流量表示为图片中的电流路径栅极电压v_G增加了从收集器到发射极的流动流量也增加。

IGBT的类型

IGBT根据N+缓冲层分类为两种类型，具有N+缓冲层的IGBT称为穿过IGBT（PT-IGBT），没有N+缓冲层的IGBT称为非紧急跨IGBT（NPT-IGBT）。

根据其特征，NPT-IGBT和PT-IGBT被称为对称和非对称IGBT。这对称IGBT是那些具有平等的前向和反向故障电压的人。这非对称IGBT相反的击穿电压小于正向故障电压。对称的IGBT主要用于交流电路，而不对称的IGBT主要用于DC电路，因为它们不需要在相反方向上支撑电压。

通过IGBT（PT-IGBT）打孔之间的差异和非弹力贯穿IGBT（NPT-IGBT）

穿过IGBT（PT-IGBT）	非弹力贯穿IGBT（NPT-IGBT）
这些在短路故障模式下的坚固耐用性较小，并且具有较小的热稳定性	这些在短路故障模式下更加坚固，并且具有更大的热稳定性。
收集器是浓度掺杂的P+层	收集器是一个轻微掺杂的P层。
它具有较小的正状态电压系数，因此平行操作需要非常小心和注意力。	状态电压的温度系数非常正向，因此平行操作很容易。
关闭损失对温度更敏感，因此在较高的温度下会显着增加。	关闭损失对温度的敏感性较小，因此，它将保持温度不变。

IGBT作为电路的操作

由于IGBT是BJT和MOSFET的组合，让您在此处将其操作作为电路图。下图显示了IGBT的内电路其中包括两个BJT和一个MOSFET和一个JFET。IGBT的门，收集器和发射极销在下面标记。

收藏家PNP晶体管连接到NPN晶体管通过一个JFET，JFET连接PNP晶体管的收集器和PNP晶体管的底部。这些晶体管以一种形成寄生晶杆的方式安排，以创建一个负反馈循环。将电阻RB放置在短晶体管的底座和发射极端子上，以确保晶闸管不会导致IGBT闩锁的闩锁。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并支撑大部分电压。

IGBT的切换特性

IGBT是电压控制的设备因此，因此它仅需要向门的小电压才能保持在传导状态。而且由于这些是单向设备，所以他们只能在从收集器到发射器的向前方向上切换电流。典型IGBT的开关电路如下所示，门伏V_G将其应用于栅极销，以从电源电压V+切换电动机（M）。电阻RS大致用于限制电动机的电流。

这IGBT的输入字符可以从下面的图表中理解。最初，当不将电压施加到栅极引脚上时，IGBT依次关闭条件，并且电流没有通过收集器引脚流动。当施加到栅引脚的电压超过阈值电压，IGBT开始进行导电和收集器电流i_G开始在收集器和发射极端子之间流动。收集器电流相对于栅极电压增加，如下图所示。

IGBT的输出特性最初具有三个阶段栅极电压v_GE设备处于OFF状态为零，这称为截止区域。当v_GE增加了，如果小于阈值电压然后，将有一个较小的泄漏电流流过设备，但设备仍将位于截止区域中。当v_GE增加了设备进入阈值电压活性区域电流开始流过设备。电流的流随电压V的增加而增加_GE如上图所示。

IGBT的应用

IGBT用于各种应用中，例如AC和DC电动机驱动器，不受监管的电源（UPS），开关模式电源（SMP），牵引电机控制和感应加热，逆变器，用于将隔离的栅极FET与控制输入相结合和双极功率晶体管作为单个设备中的开关，等等。

IGBT的包装

GBT有不同类型的包裹，来自不同公司的名称。例如，Infineon Technologies提供直孔类型和表面安装式包装。THRU孔类型的软件包包括TO-262，TO-251，TO-273，TO-274，TO-220，TO-220-3 FP，TO-247，TO-247AD。表面安装套件包括TO-263，TO-252。