绝缘栅双极晶体管(精)

IGBT是什么？作者：海飞乐技术时间：2017-04-13 16:00IGBT是什么？IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，所以它是一个有MOS Gate的BJT晶体管，可以简单理解为IGBT是MOSFET和BJT的组合体。

MOSFET主要是单一载流子(多子)导电，而BJT是两种载流子导电，所以BJT的驱动电流会比MOSFET 大，但是MOSFET的控制级栅极是靠场效应反型来控制的，没有额外的控制端功率损耗。

所以IGBT就是利用了MOSFET和BJT的优点组合起来的，兼有MOSFET的栅极电压控制晶体管(高输入阻抗)，又利用了BJT的双载流子达到大电流(低导通压降)的目的 (Voltage-Controlled Bipolar Device)。

从而达到驱动功率小、饱和压降低的完美要求，广泛应用于600V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。

图1IGBT实物图左图IGBT模块，右图IGBT管IGBT有什么用？绝缘栅双极晶体管（IGBT）是高压开关家族中最为年轻的一位。

由一个15V高阻抗电压源即可便利的控制电流流通器件从而可达到用较低的控制功率来控制高电流。

IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。

IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。

IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。

实验一绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究一．实验目的：1.熟悉IGBT开关特性的测试方法；2.掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。

二．实验内容1.EXB840性能测试；2.IGBT开关特性测试；3.过流保护性能测试。

三．实验方法1．EXB840性能测试（1）输入输出延时时间测试IGBT部分的“1”与PWM波形发生部分的“1”相连，IGBT部分的“13”与PWM 波形发生部分的“2”相连，再将IGBT部分的“10”与“13”相连，与门输入“2”与“1”相连，用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。

t on= ，t off=（2）保护输出部分光耦延时时间测试将IGBT部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。

用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13”之间波形，记录延时时间。

（3）过流慢速关断时间测试接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。

（4）关断时的负栅压测试断开“10”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。

（5）过流阀值电压测试断开“10”与“13”的连接，断开“2”与“1”的连接，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，分别将主回路的“3”与“4”和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。

将主电路的RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。

2．开关特性测试（1）电阻负载时开关特性测试将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，‘2“与”3“，“12”与“14”，“10”与“18”，“17”与“16”相连，主回路的“1”用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。

IGBT内部结构和拆解（IGBT）（绝缘栅双极（晶体管））作为一种功率（半导体）器件，广泛应用于轨道交通、（智能电网）、（工业）节能、电动汽车和（新能源）装备等领域。

具有节能、安装方便、维护方便、散热稳定等特点。

它是能量转换和传输的核心装置。

简单概括一下，IGBT 可以说是（MOSFET）（金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT的结合体（双极结型晶体管）。

即它结合了MOSFET的栅压控制晶体管（高输入阻抗），利用BJT的双载流子来达到大电流的目的（压控双极型器件）。

那么这样的组合内部结构是怎样的呢？一、IGBT模块详解二、IGBT内部结构三、IGBT 内部（电流）流动四、如何拆卸IGBT模块？五、常见问题一、IGBT模块详解以（拆解）的IGBT模块型号为：FF1400R17IP4为例。

模块外观及等效电路如图1所示。

本模块长宽高分别为：25cmx8.9cmx3.8cm。

模块包含两个IGBT，也就是我们常说的半桥模块。

每个IGBT的额定电压和电流分别为1.7kV和1.4kA。

二、IGBT内部结构在初步了解了IGBT模块的外部结构和应用之后，让我们进入本文的主题，看看这个高科技黑模块的内部是什么样的。

图3是去掉黑色外壳的IGBT模块内部图。

需要注意的是，最常见的铜和铝都在IGBT 模块内部。

图3. IGBT 内部结构图4是IGBT模块的剖视图。

如果去掉黑色外壳和外部连接端子，IGBT模块主要包含散热基板、DBC基板和硅（芯片）（包括IGBT芯片和（Diode）芯片）3个元件，其余主要是焊层和互连线用于连接IGBT 芯片、Diode芯片、电源端子、控制端子和DBC（Direct Bond Copper）。

下面我们将对每个部分进行简要介绍。

图4.IGBT 剖面图① 散热基板IGBT模块的底部是散热基板，主要目的是快速传递IGBT开关过程中产生的热量。

由于铜具有更好的导热性，因此基板通常由铜制成，厚度为3-8mm。

绝缘栅双极晶体管结构与工作原理解析
绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar TransistorIGBT）综合了电力晶体管（Giant TransistorGTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。

IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。

IGBT
的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的
区域。

多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器（逆变器）、照相机的频闪观测器、感应加热（InducTIonHeaTIng）电饭锅等领域。

根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型，从TO－3P到小型表面贴装都已形成系列。

另一种是把IGBT与FWD （FleeWheelDiode）成对地（2或6组）封装起来的模块型，主要应用在工业上。

模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。

IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。

MOSFET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。

虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS（on）特性，但是在高电平时，
功率导通损耗仍然要比IGBT 高出很多。

IGBT较低的压降，转换成一个低。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，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。

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，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。

IGBT 的工作特性包括静态和动态两类：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。

电气工程及其自动化实验室实验指导书系列实验一绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究一．实验目的：1.熟悉IGBT开关特性的测试方法；2.掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。

二．实验内容1.EXB840性能测试；2.IGBT开关特性测试；3.过流保护性能测试。

三．实验方法1．EXB840性能测试（1）输入输出延时时间测试IGBT部分的“1”与PWM波形发生部分的“1”相连，IGBT部分的“13”与PWM波形发生部分的“2”相连，再将IGBT部分的“10”与“13”相连，与门输入“2”与“1”相连，用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。

t，t== offon（2）保护输出部分光耦延时时间测试将IGBT部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。

用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13”之间波形，记录延时时间。

（3）过流慢速关断时间测试接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。

（4）关断时的负栅压测试断开“10”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。

（5）过流阀值电压测试断开“10”与“13”的连接，断开“2”与“1”的连接，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，分别将主回路的“3”与“4”和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。

1电气工程及其自动化实验室实验指导书系列将主电路的RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。

2．开关特性测试（1）电阻负载时开关特性测试将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，‘2“与”3“，“12”与“14”，“10”与“18”，“17”与“16”相连，主回路的“1”与“4”分别和IGBT 部分的“18”与“15”相连。

IGBT百科名片IGBTIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，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MOSFE T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;MOSFE T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。

目录[隐藏]结构工作特性发展历史输出特性与转移特性模块简介等效电路结构工作特性发展历史输出特性与转移特性模块简介等效电路[编辑本段]结构IGBT结构图左边所示为一个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。

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。

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（Dr ain 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，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。

绝缘栅双极型晶体管英文缩写
晶体管（Transistor）是一种电子元件，可以将小信号放大、调整或模拟另一种信号。

晶体管有多种不同的类型，其中最常见的类型之一是绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）。

IGBT是由三个基本部件组成的：绝缘栅，双极型晶体管和N极
保护晶体管。

绝缘栅的功能是控制电流的通断，双极型晶体管的功能是用于放大电流，而N极保护晶体管则可以防止IGBT过载。

IGBT具有高可靠性、高效率、低损耗、低噪声和高速响应等优势。

它们用于各种从轻便型电动工具到大型发电机的电力及控制应用，对于控制电机、调节电网频率和电能质量都有重要作用。

IGBT还可以用于以较低的损耗换取高效率的工业过程。

它们可
以用于电磁制动、汽车发动机控制、油井压力控制和静电纺织机的电动机控制等等。

此外，IGBT还可以用于家用电器，比如洗衣机、洗碗机和电饭煲。

它们能够提供更高效率的电能转换，可以节约电能。

IGBT具有高可靠性、高效率、低损耗、低噪声和高速响应等特点，这使得它们能够在多种应用中发挥重要作用。

利用它们的技术可以生产具有优异性能的电动设备，从而改善效率、降低耗能、减少噪声并确保可靠性和安全性。

对于没有电子器件知识的人来说，IGBT的英文缩写是非常容易
混淆的，因此非常重要的一点是要记住它的英文缩写，即Insulated
Gate Bipolar Transistor，可以简写成IGBT。

理解IGBT英文缩写的意义，我们就可以更好地理解它的工作原理，以及它和其他电子元件的不同之处。

IGBT（绝缘栅双极晶体管）是由BJT（双极晶体管）和MOS（绝缘栅场效应晶体管）组成的复合全控电压驱动功率半导体器件。

它具有MOSFET输入阻抗高和GTR开关电压降低的优点。

但是FET的压降高，但是FET的压降高，并且FET的压降高。

IGBT结合了上述两种器件的优点，具有低驱动功率和低饱和电压。

非常适用于直流电压为600V及以上的变流器系统，例如交流电动机，逆变器，开关电源，照明电路，牵引传动等领域。

IGBT模块是一种模块化的半导体产品，由IGBT（绝缘栅双极晶体管芯片）和FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥封装组成；封装好的IGBT模块直接应用于逆变器，UPS等设备。

IGBT模块具有节能，安装维护方便，散热稳定等特点；目前，市场上出售的大多数产品都是此类模块化产品，一般来讲，IGBT也指IGBT模块。

随着节能环保理念的推广，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设备，通常称为电力电子设备的“CPU”。

IGBT作为国家战略性新兴产业，已广泛应用于轨道交通，智能电网，航空航天，电动汽车和新能源设备中。

IGBT的开关功能是通过添加正向栅极电压为PnP（以前称为NPN）晶体管提供基极电流以使IGBT导通，从而形成沟道。

相反，添加反向栅极电压以消除沟道并切断基极电流以关断IGBT。

IGBT的驱动方法与MOSFET的驱动方法基本相同，只需要控制输入n沟道MOSFET，因此具有很高的输入阻抗特性。

当形成MOSFET的沟道
时，空穴（少数载流子）从P+基极注入到n层中以调节n层的电导率以降低n层的电阻，因此IGBT也具有高电压下的低通态电压。

绝缘栅双极型晶体管及应用进行讨论绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种功能强大的功率器件，广泛应用于各种电力和电子系统中。

它结合了双极型晶体管(BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的优点，具有高电压、高电流和高功率的能力。

首先，我们来讨论IGBT的结构。

IGBT由NPN型双极型晶体管和P型MOSFET组成，其中双极型晶体管负责控制电流，MOSFET负责控制电压。

IGBT的基极连接双极型晶体管的集电极，发射极连接双极型晶体管的基极，而栅极连接MOSFET的栅极。

这种结构使得IGBT既能够实现高电流放大能力，又能够通过栅极控制电流。

IGBT的工作原理是这样的：当栅极施加正电压时，栅极结与源结之间产生正向偏压，导致P型基区形成大量的N型电子，使得NPN型双极型晶体管处于导通状态。

通过控制栅极电压的大小，可以精确地控制双极型晶体管的导通程度，从而控制电流的大小。

当栅极电压为零或负电压时，IGBT处于截止状态，不导通电流。

这种特性使得IGBT可以用作开关器件，在高功率应用中实现快速的开关操作。

IGBT具有许多应用领域，特别是在电力电子和电力系统中。

一种主要的应用是电力转换器，用于将直流电转换为交流电或反过来。

IGBT可以承受高电压和高电流，因此非常适合于这些高功率转换应用。

此外，IGBT还用于电机驱动器，用于控制电动机的速度和转向。

IGBT的快速开关能力使电机驱动系统更加高效，减少能量损耗。

此外，IGBT还常用于电力系统中的静态无功补偿(SVC)和静态同步补偿(STATCOM)系统中。

这些系统用于实现电网的功率因数校正和电压调节。

IGBT的快速开关特性和高电压能力使得它在这些动态补偿系统中非常有用。

总的来说，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种能够高效控制功率的器件。

它结合了双极型晶体管和MOSFET的优点，具有高电压、高电流和高功率的能力。

IGBT广泛应用于电力电子和电力系统中，如电力转换器、电机驱动器、静态无功补偿和静态同步补偿系统等。

绝缘栅双极晶体管（IGBT）的基本特性与驱动张冬冬（华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206）The Basic Characteristics and the Drive of Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)Zhang Dong-dong(School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)ABSTRACT: IGBT is short for Insulate Gate Bipolar Transistor. It greatly expands the semiconductor device applications field in power industry, as it has multiple advantages of MOSFET and GTR. For example, it improves the performance of the air conditioner remarkably when used in convert circuits in frequency conversion air conditioner.GTR saturated pressure drop, the carrier density, but the drive current is larger; MOSFET drive power is small, fast switching speed, but the conduction voltage drop large carrier density. IGBT combines the advantages of these two devices, drive power is small and saturated pressure drop. V ery suitable for DC voltage of 600V and above converter systems such as AC motor, inverter, switching power supply, electric lighting.KEY WORDS：IGBT, converter, switching power supply摘要：IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极晶体管。