IGBT，InsulatedGateBipolarTransistor，是一種復合全控電壓驅動功率半導體器件由BJT（雙極晶體管）和IGFET（絕緣柵場效應晶體管）組成。它兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降的優點。GTR的飽和電壓降低，載流密度大，但驅動電流更大。MOSFET的驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT結合了以上兩種器件的優點，驅動功率小，飽和電壓降低。非常適合用于直流電壓600V及以上的變流系統，如交流電機、逆變器、開關電源、照明電路、牽引驅動等領域。

IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極晶體管）和FWD（續流二極管）通過特定的電路橋封裝而成的模塊化半導體產品。封裝后的IGBT模塊直接應用于逆變器、UPS不間斷電源等設備。IGBT模塊具有節能、安裝維護方便、散熱穩定等特點。一般IGBT也指IGBT模塊。隨著節能環保等理念的推進，此類產品將在市場上越來越普遍。IGBT是能量轉換和傳輸的核心器件，俗稱電力電子器件的“CPU”，廣泛應用于軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車、新能源設備等領域。

IGBT的特性

1、靜態 VI 特性

下圖顯示了 n 溝道 IGBT 的靜態 VI 特性以及標有參數的電路圖，該圖與 BJT 的圖相似，只是圖中保持恒定的參數是 VGE，因為 IGBT 是電壓控制器件，而 BJT 是電流控制器件。

IGBT的靜態特性圖

當 IGBT 處于關閉模式時（VCE為正且 VGE 《 VGET），反向電壓被 J 2 阻斷，當它被反向偏置時，即 VCE為負，J 1 阻斷電壓。

2、開關特性

IGBT 是電壓控制器件，因此它只需要一個很小的電壓到柵極即可保持導通狀態。

由于是單向器件， IGBT 只能在從集電極到發射極的正向切換電流。IGBT的典型開關電路如下所示，柵極電壓 VG施加到柵極引腳以從電源電壓 V+ 切換電機 （M）。電阻 Rs 大致用于限制通過電機的電流。

IGBT的典型開關電路圖

下圖顯示了IGBT 的典型開關特性。

IGBT 的典型開關特性

導通時間（ t on）：通常由延遲時間 （t dn ） 和上升時間 （t r ） 兩部分組成。

延遲時間 （t dn ）：定義為集電極電流從漏電流 ICE上升到 0.1 IC（最終集電極電流）和集電極發射極電壓從 VCE下降到 0.9VCE的時間。

上升時間 （t r ）：定義為集電極電流從 0.1 IC上升到 IC以及集電極-發射極電壓從 0.9V CE下降到 0.1 VCE的時間。

關斷時間（ t off）：由三個部分組成，延遲時間 （t df ）、初始下降時間 （t f1 ） 和最終下降時間 （t f2 ）。

延遲時間 （t df ）：定義為集電極電流從 I C下降到 0.9 I C并且 V CE開始上升的時間。

初始下降時間 （t f1 ）：是集電極電流從 0.9 I C下降到 0.2 I C并且集電極發射極電壓上升到 0.1 V CE的時間。

最終下降時間 （t f2 ）：定義為集電極電流從 0.2 I C下降到 0.1 I C并且 0.1V CE上升到最終值 V CE的時間。

關斷時間公式

導通時間公式

3、輸入特性

下圖可以理解IGBT的輸入特性。開始，當沒有電壓施加到柵極引腳時，IGBT 處于關閉狀態，沒有電流流過集電極引腳。

當施加到柵極引腳的電壓超過閾值電壓時，IGBT 開始導通，集電極電流 I G開始在集電極和發射極端子之間流動。集電極電流相對于柵極電壓增加，如下圖所示。

IGBT的輸入特性圖

4、輸出特性

由于 IGBT 的工作依賴于電壓，因此只需要在柵極端子上提供極少量的電壓即可保持導通。

IGBT 與雙極功率晶體管相反，雙極功率晶體管需要在基極區域有連續的基極電流流動以保持飽和。IGBT 是單向器件，這意味著它只能在“正向”（從集電極到發射極）開關。

IGBT 與具有雙向電流切換過程的 MOS 管正好相反。MOS管正向可控，反向電壓不受控制。

在動態條件下，當 IGBT 關閉時， 可能會經歷閂鎖電流，當連續導通狀態驅動電流似乎超過臨界值時，這就是閂鎖電流。

此外，當柵極-發射極電壓低于閾值電壓時，會有少量漏電流流過 IGBT ，此時，集電極-發射極電壓幾乎等于電源電壓，因此，四層器件 IGBT 工作在截止區。

IGBT 的輸出特性圖

開IGBT 的輸出特性分為三個階段：

第一階段：當柵極電壓 VGE 為零時，IGBT 處于關斷狀態，這稱為截止區。

第二階段：當 VGE 增加時，如果它小于閾值電壓，那么會有很小的漏電流流過 IGBT ，但I GBT 仍然處于截止區。

第三階段：當 VGE增加到超過閾值電壓時，IGBT 進入有源區，電流開始流過 IGBT 。如下圖所示，電流將隨著電壓 VGE的增加而增加。