IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的工作原理是通过激活或停用其栅极端子来开启或关闭。当正输入电压通过栅极时,发射极保持驱动电路开启;当IGBT的栅极端电压为零或略为负时,则会关闭电路应用。

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为一种三端半导体开关器件,在电子设备中扮演着重要角色,以下是关于IGBT具体工作方式的详细解析:
1、工作原理:IGBT通过激活或停用其栅极端子来开启或关闭,当正输入电压通过栅极时,发射极保持驱动电路开启;若IGBT的栅极端电压为零或略为负,则会关闭电路应用,由于IGBT既可用作BJT又可用作MOS管,因此它实现的放大量是其输出信号和控制输入信号之间的比率。
2、内部结构与导电过程:IGBT的内部结构包括集电极、发射极和栅极三个端子,这些端子都附有金属层,但栅极端子上的金属材料具有二氧化硅层,其结构是一个四层半导体器件,通过组合PNP和NPN晶体管来实现,构成了PNPN排列,当集电极相对于发射极处于正电位时,N沟道IGBT导通,而栅极相对于发射极也处于足够的正电位 (>V GET ),导致在栅极正下方形成反型层,从而形成沟道,并且电流开始从集电极流向发射极,IGBT中的集电极电流Ic由两个分量Ie和Ih组成,其中Ie是由于注入的电子通过注入层、漂移层和最终形成的沟道从集电极流向发射极的电流,而Ih是通过Q1和体电阻Rb从集电极流向发射极的空穴电流。
3、特殊现象:IGBT中观察到一种特殊现象,称为IGBT的闩锁,这发生在集电极电流超过某个阈值(ICE)的情况下,寄生晶闸管被锁定,栅极端子失去对集电极电流的控制,即使栅极电位降低到VGET以下,IGBT也无法关闭,现在要关断IGBT,需要典型的换流电路,例如晶闸管强制换流的情况,如果不尽快关闭设备,可能会损坏设备。
4、等效电路:IGBT的近似等效电路由MOS管和PNP晶体管(Q1)组成,考虑到n-漂移区提供的电阻,电阻Rd已包含在电路中,精确的等效电路还包括另一个晶体管Q2作为n-pn+,以及漂移区的电阻。
IGBT通过其栅极电压控制集电极和发射极之间的电流流动,具有高功率增益和快速开关特性,使其在高效能电子设备中发挥着重要作用。
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