igbt的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給pnp電晶體提供基極電流，使igbt導通。反之，加反向門極電壓消除溝道，流過反向基極電流，使igbt關斷。igbt的驅動方法和mosfet基本相同，只需控制輸入極n一溝道mosfet，所以具有高輸入阻抗特性。
當mosfet的溝道形成後，從p+基極注入到n一層的空穴（少子），對n一層進行電導調製，減小n一層的電阻，使igbt在高電壓時，也具有低的通態電壓。
igbt的工作特性包括靜態和動態兩類：
1．靜態特性
igbt的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性和開關特性。igbt的伏安特性是指以柵源電壓ugs為參變數時，漏極電流與柵極電壓之間的關係曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓ugs的控制，ugs越高，id越大。
它與gtr的輸出特性相似．也可分為飽和區1、放大區2和擊穿特性3部分。在截止狀態下的igbt，正向電壓由j2結承擔，反向電壓由j1結承擔。如果無n+緩衝區，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入n+緩衝區後，反向關斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了igbt的某些應用範圍。
igbt的轉移特性是指輸出漏極電流id與柵源電壓ugs之間的關係曲線。它與mosfet的轉移特性相同，當柵源電壓小於開啟電壓ugs(th)時，igbt處於關斷狀態。在igbt導通後的大部分漏極電流範圍內，id與ugs呈線性關係。
最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15v左右。igbt的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關係。igbt處於導通態時，由於它的pnp電晶體為寬基區電晶體，所以其b值極低。
儘管等效電路為達林頓結構，但流過mosfet的電流成為igbt總電流的主要部分。此時，通態電壓uds(on)可用下式表示:
uds(on)＝uj1＋udr＋idroh （2－14）
式中uj1——ji結的正向電壓，其值為0.7～iv；
udr——擴充套件電阻rdr上的壓降；roh——溝道電阻。
通態電流ids可用下式表示：ids=(1+bpnp)imos (2－15）
式中imos——流過mosfet的電流。
由於n+區存在電導調製效應，所以igbt的通態壓降小，耐壓1000v的igbt通態壓降為2～3v。igbt處於斷態時，只有很小的洩漏電流存在。
2．動態特性
igbt在開通過程中，大部分時間是作為mosfet來執行的，只是在漏源電壓uds下降過程後期，pnp電晶體由放大區至飽和，又增加了一段延遲時間。td(on)為開通延遲時間，tri為電流上公升時間。實際應用中常給出的漏極電流開通時間ton即為td(on)tri之和。
漏源電壓的下降時間由tfe1和tfe2組成，如圖2－58所示
igbt 在關斷過程中，漏極電流的波形變為兩段。因為 mosfet 關斷後， pnp 電晶體的儲存電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長的尾部時間， td(off) 為關斷延遲時間， trv 為電壓 uds(f) 的上公升時間。
實際應用中常常給出的漏極電流的下降時間 tf 由圖 2－59 中的 t(f1) 和 t(f2) 兩段組成，而漏極電流的關斷時間 t(off)=td(off)+trv + t(f) （ 2－16 ）
式中， td(off) 與 trv 之和又稱為儲存時間。
igbt的基本結構
絕緣柵雙極電晶體（igbt）本質上是乙個場效應電晶體，只是在漏極和漏區之間多了乙個 p 型層。根據國際電工委員會的檔案建議，其各部分名稱基本沿用場效應電晶體的相應命名。
圖1所示為乙個n 溝道增強型絕緣柵雙極電晶體結構，n+區稱為源區，附於其上的電極稱為源極。 n+ 區稱為漏區。器件的控制區為柵區，附於其上的電極稱為柵極。
溝道在緊靠柵區邊界形成。在漏、源之間的p型區（包括p+和p一區）（溝道在該區域形成），稱為亞溝道區（subchannel region ）。而在漏區另一側的 p+ 區稱為漏注入區（drain injector ），它是 igbt 特有的功能區，與漏區和亞溝道區一起形成 pnp 雙極電晶體，起發射極的作用，向漏極注入空穴，進行導電調製，以降低器件的通態電壓。
附於漏注入區上的電極稱為漏極。
為了兼顧長期以來人們的習慣，iec規定：源極引出的電極端子（含電極端）稱為發射極端（子），漏極引出的電極端（子）稱為集電極端（子）。這又回到雙極電晶體的術語了。但僅此而已。
igbt的結構剖面圖如圖2所示。它在結構上類似於mosfet ，其不同點在於igbt是在n溝道功率mosfet 的n+基板（漏極）上增加了乙個p+ 基板（igbt 的集電極），形成pn結j1 ，並由此引出漏極、柵極和源極則完全與mosfet相似。
圖1 n溝道igbt結構圖2 igbt的結構剖面圖
由圖2可以看出，igbt相當於乙個由mosfet驅動的厚基區gtr ，其簡化等效電路如圖3所示。圖中rdr是厚基區gtr的擴充套件電阻。igbt是以gtr 為主導件、mosfet 為驅動件的復合結構。
n溝道igbt的圖形符號有兩種，如圖4所示。實際應用時，常使用圖2－5所示的符號。對於p溝道，圖形符號中的箭頭方向恰好相反，如圖4所示。
igbt 的開通和關斷是由柵極電壓來控制的。當柵極加正電壓時，mosfet 內形成溝道，並為pnp電晶體提供基極電流，從而使igbt導通，此時，從p+區注到n一區進行電導調製，減少n一區的電阻 rdr值，使高耐壓的 igbt 也具有低的通態壓降。在柵極上加負電壓時，mosfet 內的溝道消失，pnp電晶體的基極電流被切斷，igbt 即關斷。
正是由於 igbt 是在n 溝道 mosfet 的 n+ 基板上加一層 p+ 基板，形成了四層結構，由pnp－npn電晶體構成 igbt 。但是，npn電晶體和發射極由於鋁電極短路，設計時盡可能使npn不起作用。所以說， igbt 的基本工作與npn電晶體無關，可以認為是將 n 溝道 mosfet 作為輸入極，pnp電晶體作為輸出極的單向達林頓管。
採取這樣的結構可在 n一層作電導率調製，提高電流密度。這是因為從 p+ 基板經過 n+ 層向高電阻的 n一層注入少量載流子的結果。 igbt 的設計是通過 pnp－npn 電晶體的連線形成閘流體。
2.igbt模組的術語及其特性術語說明
3.igbt模組使用上的注意事項
1. igbt模組的選定
在使用igbt模組的場合，選擇何種電壓，電流規格的igbt模組，需要做周密的考慮。
a. 電流規格
igbt模組的集電極電流增大時，vce(-)上公升，所產生的額定損耗亦變大。同時，開關損耗增大，原件發熱加劇。因此，根據額定損耗，開關損耗所產生的熱量，控制器件結溫（tj）在 150oc以下（通常為安全起見，以125oc以下為宜），請使用這時的集電流以下為宜。
特別是用作高頻開關時，由於開關損耗增大，發熱也加劇，需十分注意。
一般來說，要將集電極電流的最大值控制在直流額定電流以下使用，從經濟角度這是值得推薦的。
b.電壓規格
igbt模組的電壓規格與所使用裝置的輸入電源即市電電源電壓緊密相關。其相互關係列於表1。根據使用目的，並參考本表，請選擇相應的元件。
2. 防止靜電
igbt的vge的耐壓值為±20v，在igbt模組上加出了超出耐壓值的電壓的場合，由於會導致損壞的危險，因而在柵極-發射極之間不能超出耐壓值的電壓，這點請注意。
在使用裝置的場合，如果柵極迴路不合適或者柵極迴路完全不能工作時（珊極處於開路狀態），若在主回路上加上電壓，則igbt就會損壞，為防止這類損壞情況發生，應在柵極一發射極之間接乙隻10kω左左的電阻為宜。
此外，由於igbt模組為mos結構，對於靜電就要十分注意。因此，請注意下面幾點：
1)在使用模組時，手持分裝件時，請勿觸控驅動端子部份。
2)在用導電材料連線驅動端子的模組時，在配線未佈好之前，請先不要接上模組。
3)盡量在底板良好接地的情況下操作。
4)當必須要觸控模組端子時，要先將人體或衣服上的靜電放電後，再觸控。
5)在焊接作業時，焊機與焊槽之間的漏洩容易引起靜電壓的產生，為了防止靜電的產生，請先將焊機處於良好的接地狀態下。
6)裝部件的容器，請選用不帶靜電的容器。
3.併聯問題
用於大容量逆變器等控制大電流場合使用igbt模組時，可以使用多個器件併聯。
併聯時，要使每個器件流過均等的電流是非常重要的，如果一旦電流平衡達到破壞，那麼電過於集中的那個器件將可能被損壞。
為使併聯時電流能平衡，適當改變器件的特性及接線方法。例如。挑選器件的vce(sat)相同的併聯是很重要的。
4.其他注意事項
1)儲存半導體原件的場所的溫度，溫度，應保持在常溫常濕狀態，不應偏離太大。常溫的規定為5－35℃，常濕的規定為45—75％左右。
2)開、關時的浪湧電壓等的測定，請在端子處測定。
實驗目的
1．熟悉igbt主要引數與開關特性的測試方法。
2．掌握混合整合驅動電路exb840的工作原理與除錯方法。
二、實驗內容
1．igbt主要引數測試。
IGBT的工作原理和工作特性
uds on uj1 udr idroh 2 14 式中 uj1 ji 結的正向電壓，其值為 0.7 iv udr 擴充套件電阻 rdr 上的壓降 roh 溝道電阻。通態電流 ids 可用下式表示 ids 1 bpnp imos 2 15 式中 imos 流過 mosfet 的電流。由於 n 區存在...
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