IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大;MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

IGBT的等效電路

IGBT的近似等效電路由 MOS 管和 PNP 晶體管（Q1 ）組成，考慮到 n- 漂移區(qū)提供的電阻，電阻 Rd已包含在電路中，如下圖所示：

IGBT 的近似等效電路

仔細檢查 IGBT 的基本結構，可以得出這個等效電路，基本結構如下圖所示。

等效電路圖的基本結構

1、穿通 IGBT、PT-IGBT： 穿通 IGBT、PT-IGBT 在發(fā)射極接觸處具有 N+ 區(qū)。

觀察上面顯示 IGBT 的基本結構，可以看到到從集電極到發(fā)射極存在另一條路徑，這條路徑是集電極、p+、n- 、 p（n 通道）、n+ 和發(fā)射極。

因此，在 IGBT 結構中存在另一個晶體管 Q2作為 n – pn+，因此，我們需要在近似等效電路中加入這個晶體管 Q2以獲得精確的等效電路。

IGBT 的確切等效電路如下所示：

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IGBT的精確等效電路圖

該電路中的Rby是 p 區(qū)對空穴電流的流動提供的電阻。

眾所周知，IGBT是 MOS 管的輸入和 BJT 的輸出的組合，它具有與N溝道MOS管和達林頓配置的PNP BJT等效的結構，因此也可以加入漂移區(qū)的電阻。

IGBT的等效電路大全

圖4 是N型IGBT的等效電路。等效NPN管是MOSFET形成時寄生的；等效JFET主要是由漂移區(qū)形成的；等效電阻RB主要由基區(qū)等效電阻構成，也包括漂移區(qū)、緩沖區(qū)（NPT型除外）、源區(qū)的等效電阻；等效PNP管才是導電通道的主角。

圖4 IGBT的等效電路

在正常情況下，JFET相當于串聯(lián)在MOSFET漏極與PNP管基極之間的電阻RD，簡化電路如圖5（a）所示，這是目前比較常見的等效電路。這時候寄生的NPN管與PNP管相當于一個SCR，故IGBT的等效電路可進一步簡化為圖5 （b），這正是IGBT 電流密度比BJT大的內在原因。

圖5 簡化后的IGBT等效電路（1）

正常情況下，寄生的NPN管并不起作用，故 IGBT 等效電路又可簡化為圖6。這時候的IGBT 就是一個VMOS+PNP型的BJT，相當于一個VMOS輸入級的NPN達林頓管，而輸出級是一個BJT，故IGBT容易驅動且輸出特性與BJT類似。由于達林頓管的極性最終由輸入級決定、與輸出級無關，而輸入級的MOSFET是N溝道的，形成的達林頓也是NPN型的，因此等效 PNP管的集電極是IGBT的發(fā)射極，而等效 PNP管的發(fā)射極是IGBT的集電極。

圖6 簡化后的IGBT微觀等效電路（2）

對于BJT而言，早期大功率PNP管的性能往往不如NPN管，所以常常用一個PNP的小功率管與一個大功率的NPN管組成一個大功率的PNP達林頓管，很好地解決了大功率NPN管與PNP管性能不對等的問題。但是，雙極性達林頓管的速度遠低于BJT，所以即使是同等 電 流規(guī)格，達林頓管也不能與IGBT相媲美。

如果將IGBT看成一個P-N-P-N 4 層結構的器件，也可以將IGBT看作圖1. 17所示更為簡化的等效電路。這個等效電路可以解釋IGBT的飽和壓降為什么至少為一個二極管的壓降；也能夠說明，在低 電壓領域，VMOS的自身功耗更小。

圖7 簡化后的IGBT 等效電路（3）