IGBT晶體管

隔離柵雙極型晶體管是最近出現的一種新型有源器件。它的輸入特性類似於場效應管的輸入特性，輸出特性類似於雙極型的輸出特性。

在文獻中，這種器件被稱為IGBT（絕緣柵雙極晶體管）......在速度方面，它明顯優越 雙極晶體管... 大多數情況下，IGBT 晶體管用作功率開關，其中導通時間為 0.2 — 0.4 μs，關斷時間為 0.2 — 1.5 μs，開關電壓達到 3.5 kV，電流為 1200 A .

IGBT-T 晶體管取代了高壓轉換電路中的晶閘管，使創建具有更好特性的脈衝二次電源成為可能。 IGBT-T晶體管廣泛應用於控制電機的逆變器、電壓1kV以上、電流數百安培的大功率連續供電系統。這在某種程度上是由於在數百安培電流的導通狀態下，晶體管兩端的電壓降在 1.5 - 3.5V 的範圍內。

從IGBT三極管的結構（圖1）可以看出，它是一個pn-p三極管由一個n溝道MOS管控制的相當複雜的器件。

米。 1. IGBT晶體管的結構

IGBT晶體管（圖2，a）的集電極是VT4晶體管的發射極。當向柵極施加正電壓時，晶體管VT1具有導電溝道。通過它，IGBT三極管的發射極（VT4三極管的集電極）連接到VT4三極管的基極。

這導致它完全解鎖，並且 IGBT 晶體管的集電極與其發射極之間的電壓降變得等於 VT4 晶體管發射結中的電壓降與 VT1 晶體管兩端的電壓降 Usi 相加。

由於p—n結壓降隨溫度升高而減小，因此未鎖定的IGBT晶體管在一定電流範圍內的壓降具有負溫度係數，在大電流時變為正溫度係數。因此，IGBT 兩端的壓降不會低於二極管（VT4 發射極）的閾值電壓。

米。 2. IGBT晶體管的等效電路（a）及其在本國（b）和國外（c）文獻中的符號

隨著施加到 IGBT 晶體管的電壓增加，溝道電流增加，這決定了 VT4 晶體管的基極電流，同時 IGBT 晶體管兩端的壓降減小。

當晶體管VT1被鎖定時，晶體管VT4的電流變小，可以認為其被鎖定。引入附加層以在發生雪崩擊穿時禁用晶閘管的典型操作模式。緩衝層 n+ 和寬基區 n– 降低了 p—n—p 晶體管的電流增益。

開關的總體情況非常複雜，因為電荷載流子的遷移率會發生變化，結構中存在的 p — n — p 和 n — p — n 晶體管中的電流傳輸係數，電阻的變化地區等。雖然原則上IGBT晶體管可以工作在線性模式，但主要用於按鍵模式。

在這種情況下，開關電壓的變化由圖 2 中所示的曲線表徵。

米。 3、IGBT三極管壓降Uke和電流Ic的變化

米。 4. IGBT型晶體管的等效圖（a）及其電流-電壓特性（b）

研究表明，對於大多數 IGBT 晶體管，導通和關斷時間不超過 0.5 — 1.0 μs。為了減少額外的外部元件數量，將二極管引入 IGBT 晶體管或生產由多個元件組成的模塊（圖 5，a - d）。

米。 5、IGBT-晶體管模塊符號：a——MTKID； b——MTKI； c——M2TKI； d——MDTKI

IGBT晶體管符號包括：字母M——無源模塊（基極隔離）； 2 — 鍵數；字母 TCI——帶絕緣蓋的雙極； DTKI — 帶隔離柵極的二極管/雙極晶體管； TCID — 雙極晶體管/隔離柵二極管；數字：25、35、50、75、80、110、150——最大電流；數字：1、2、5、6、10、12 — 集電極和發射極 Uke 之間的最大電壓 (* 100V)。例如，MTKID-75-17 模塊具有 UKE = 1700 V，I = 2 * 75A，UKEotk = 3.5 V，PKmax = 625 W。

技術科學博士，L.A. Potapov 教授