絕緣柵雙極晶體管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)綜合了電力晶體管(Giant Transistor—GTR)和電力場效應晶體管(Power MOSFET)的優點,具有良好的特性,應用領域很較多 ;IGBT也是三端器件:柵極,集電極和發射極。
電力MOSFET器件是單極型(N溝道MOSFET中僅電子導電、P溝道MOSFET中僅空穴導電)、電壓控制型開關器件;因此其通、斷驅動控制功率很小,開關速度迅速;但通態降壓大,難于制成高壓大電流開關器件。電力三極晶體管是雙極型(其中,電子、空穴兩種多數載流子都參與導電)、電流控制型開關器件;因此其通-斷控制驅動功率大,開關速度不夠迅速 ;但通態壓降低,可制成較高電壓和較大電流的開關器件。為了兼有這兩種器件的優點,棄其缺點,20世紀80年代中期出現了將它們的通、斷機制相結合的新一代半導體電力開關器件——絕緣柵極雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)。它是一種復合器件,其輸入控制部分為MOSFET,輸出級為雙級結型三極晶體管;因此兼有MOSFET和電力晶體管的優點,即高輸入阻抗,電壓控制,驅動功率小,開關速度迅速 ,工作頻率可達到10~40kHz(比電力三極管高),飽和壓降低(比MOSFET 小得多,與電力三極管相當),電壓、電流容量較大,安全工作區域寬。目前2500~3000V、800~1800A的IGBT器件已有產品,可供幾千kVA以下的高頻電力電子裝置選用。
IGBT的符號、內部結構等值電路及靜態特性。IGBT也有3個電極:柵極G、發射極E和集電極C。輸入部分是一個MOSFET管,圖1中Rdr表示MOSFET的等效調制電阻(即漏極-源極之間的等效電阻RDS)。輸出部分為一個PNP三極管T1,此外還有一個內部寄生的三極管T2(NPN管),在NPN晶體管T2的基極與發射極之間有一個體區電阻Rbr。
當柵極G與發射極E之間的外加電壓UGE=0時,MOSFET管內無導電溝道,其調制電阻Rdr可視為無窮大,Ic=0,MOSFET處于斷態。在柵極G與發射極E之間的外加控制電壓UGE,可以改變MOSFET管導電溝道的寬度,從而改變調制電阻Rdr,這就改變了輸出晶體管T1(PNP管)的基極電流,控制了IGBT管的集電極電流Ic。當UGE足夠大時(例如15V),則T1飽和導電,IGBT進入通態。一旦撤除UGE,即UGE=0,則MOSFET從通態轉入斷態,T1截止,IGBT器件從通態轉入斷態。