IGBT非常适合DC电压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示出了N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构。N+区称为源区,附着其上的电极称为源极。N+区域被称为漏极区域。器件的控制区是栅极区,附着其上的电极称为栅极。沟道形成在栅极区域的边界附近。漏极和源极之间的P型区(包括P+和P-1区)(该区形成沟道)称为子沟道区,而漏极区另一侧的P+区称为漏注入区,这是IGBT特有的功能区。它与漏极区和子沟道区一起形成PNP双极晶体管,用作发射极, 将空穴注入漏极并进行传导调制以降低器件的导通状态。连接到漏极注入区的电极称为漏极。IGBT的开关作用是通过加正向栅压形成沟道,为PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通。相反,增加反向栅极电压以消除沟道,切断基极电流并关闭IGBT。IGBT的驱动方式与MOSFET基本相同,只需要控制输入电极N沟道MOSFET,因此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层的空穴(少数载流子)中,对N层进行电导调制。降低N层的电阻使得IGBT在高电压下具有低的通态电压。
IGBT是绝缘栅双极晶体管的缩写。IGBT是由MOSFET和双极晶体管组成的器件。它的输入是MOSFET,输出是PNP晶体管。它结合了这两种器件的优点,既有MOSFET器件驱动功率低、开关速度快的优点,又有双极器件饱和电压低、容量大的优点。其频率特性介于MOSFET和功率晶体管之间,可以在几十kHz的频率范围内正常工作。它在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,并在高频和中功率应用中占据主导地位。
IGBT的等效电路如图1所示。从图1可以看出,如果在IGBT的栅极和发射极之间加一个正的驱动电压,MOSFET就会导通,这样PNP晶体管的集电极和基极就会处于低阻状态,晶体管就会导通。如果IGBT的栅极和发射极之间的电压为0V,MOS关断,从而切断PNP晶体管基极电流的供给,使晶体管截止。像MOSFET一样,IGBT也是一种压控器件。在它的栅极和发射极之间加一个10 V以上的DC电压,只有uA级的漏电流流过,基本不消耗功率。