IGBT晶体管

隔离栅双极型晶体管是最近出现的一种新型有源器件。它的输入特性类似于场效应管的输入特性，输出特性类似于双极型的输出特性。

在文献中，这种器件被称为IGBT（绝缘栅双极晶体管）......在速度方面，它明显优越 双极晶体管... 大多数情况下，IGBT 晶体管用作功率开关，其中导通时间为 0.2 — 0.4 μs，关断时间为 0.2 — 1.5 μs，开关电压达到 3.5 kV，电流为 1200 A .

IGBT-T 晶体管取代了高压转换电路中的晶闸管，使创建具有更好特性的脉冲二次电源成为可能。 IGBT-T晶体管广泛应用于控制电机的逆变器、电压1kV以上、电流数百安培的大功率连续供电系统。这在某种程度上是由于在数百安培电流的导通状态下，晶体管两端的电压降在 1.5 - 3.5V 的范围内。

从IGBT三极管的结构（图1）可以看出，它是一个pn-p三极管由一个n沟道MOS管控制的相当复杂的器件。

米。 1. IGBT晶体管的结构

IGBT晶体管（图2，a）的集电极是VT4晶体管的发射极。当向栅极施加正电压时，晶体管VT1具有导电沟道。通过它，IGBT三极管的发射极（VT4三极管的集电极）连接到VT4三极管的基极。

这导致它完全解锁，并且 IGBT 晶体管的集电极与其发射极之间的电压降变得等于 VT4 晶体管发射结中的电压降与 VT1 晶体管两端的电压降 Usi 相加。

由于p—n结压降随温度升高而减小，因此未锁定的IGBT晶体管在一定电流范围内的压降具有负温度系数，在大电流时变为正温度系数。因此，IGBT 两端的压降不会低于二极管（VT4 发射极）的阈值电压。

米。 2. IGBT晶体管的等效电路（a）及其在本国（b）和国外（c）文献中的符号

随着施加到 IGBT 晶体管的电压增加，沟道电流增加，这决定了 VT4 晶体管的基极电流，同时 IGBT 晶体管两端的压降减小。

当晶体管VT1被锁定时，晶体管VT4的电流变小，可以认为其被锁定。引入附加层以在发生雪崩击穿时禁用晶闸管的典型操作模式。缓冲层 n+ 和宽基区 n– 降低了 p—n—p 晶体管的电流增益。

开关的总体情况非常复杂，因为电荷载流子的迁移率会发生变化，结构中存在的 p — n — p 和 n — p — n 晶体管中的电流传输系数，电阻的变化地区等。虽然原则上IGBT晶体管可以工作在线性模式，但主要用于按键模式。

在这种情况下，开关电压的变化由图 2 中所示的曲线表征。

米。 3、IGBT三极管压降Uke和电流Ic的变化

米。 4. IGBT型晶体管的等效图（a）及其电流-电压特性（b）

研究表明，对于大多数 IGBT 晶体管，导通和关断时间不超过 0.5 — 1.0 μs。为了减少额外的外部元件数量，将二极管引入 IGBT 晶体管或生产由多个元件组成的模块（图 5，a - d）。

米。 5、IGBT-晶体管模块符号：a——MTKID； b——MTKI； c——M2TKI； d——MDTKI

IGBT晶体管符号包括：字母M——无源模块（基极隔离）； 2 — 键数；字母 TCI——带绝缘盖的双极； DTKI — 带隔离栅极的二极管/双极晶体管； TCID — 双极晶体管/隔离栅二极管；数字：25、35、50、75、80、110、150——最大电流；数字：1、2、5、6、10、12 — 集电极和发射极 Uke 之间的最大电压 (* 100V)。例如，MTKID-75-17 模块具有 UKE = 1700 V，I = 2 * 75A，UKEotk = 3.5 V，PKmax = 625 W。

技术科学博士，L.A. Potapov 教授