IGBT的工作原理 IGBT一定要加負(fù)壓才能關(guān)斷嗎？IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷條件有幾種？

一、IGBT的工作原理

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）即增強(qiáng)型絕緣柵雙極晶體管，是一種高速開(kāi)關(guān)器件，常用于功率電子應(yīng)用領(lǐng)域。其工作原理是基于雙極晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的原理結(jié)合而成的。在IGBT內(nèi)部，由P型硅和N型硅交替排列形成NPNP結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)P型區(qū)域分別與兩個(gè)N型區(qū)域相接，形成PN結(jié)，而在兩個(gè)P型區(qū)域之間還有一個(gè)N型區(qū)域，形成一個(gè)N通道結(jié)構(gòu)。這個(gè)N型區(qū)域被稱為增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鰪?qiáng)了整個(gè)器件的導(dǎo)電能力。

IGBT的工作原理是通過(guò)控制增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)上的柵極電壓，來(lái)控制整個(gè)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。當(dāng)柵極電壓為正時(shí)，它吸引N型區(qū)域中的電子，這些電子從N型區(qū)域流入P型區(qū)域，并與P型區(qū)域中的空穴結(jié)合，形成電子空穴對(duì)，進(jìn)而導(dǎo)致PN結(jié)的導(dǎo)通。這時(shí)，電流便能從集電極流入發(fā)射極，完成導(dǎo)通過(guò)程。當(dāng)柵極電壓變?yōu)樨?fù)時(shí)，柵極吸引的電子離開(kāi)N型區(qū)域，導(dǎo)致PN結(jié)不再導(dǎo)通，整個(gè)器件進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。

二、加負(fù)壓關(guān)斷的原理

IGBT的關(guān)斷速度比較慢，通常需要加負(fù)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)迅速關(guān)斷。為什么要加負(fù)壓才能關(guān)斷呢？這是因?yàn)?，?dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，將有大量的載流子被注入到N型區(qū)域，而這些載流子在NGBT浸漬結(jié)上積累，形成電荷井。這個(gè)電荷井由于可逆反向?qū)е聞?shì)壘存在。如果僅僅降低柵極電壓，其結(jié)果只會(huì)使N型區(qū)域中電子的平均速度減小，但不能徹底消除NGBT浸漬結(jié)上的電荷井，即不能使IGBT完全關(guān)斷。因此，需要增加反向電壓，把堆積在浸漬結(jié)區(qū)域的電荷井都清空，才能迅速關(guān)斷IGBT。

三、導(dǎo)通和關(guān)斷條件

IGBT的導(dǎo)通條件：在N型結(jié)和P型結(jié)之間存在足夠的正向電壓，且柵極施加的正電壓使N型區(qū)域中的電子被吸引。如果柵極電壓太低，則不足以吸引電子，導(dǎo)致整個(gè)器件無(wú)法導(dǎo)通。

IGBT的關(guān)斷條件：主要取決于NGBT的關(guān)斷速度。只有當(dāng)收集區(qū)中的極耦合型晶體管PNP輸出無(wú)效時(shí)，才能徹底關(guān)斷IGBT。在這個(gè)過(guò)程中，由于反向電壓的存在，N區(qū)中需要重新吸引來(lái)自PNP輸出的電子，以進(jìn)行整個(gè)器件的阻斷。由于NGBT浸漬結(jié)中存在大量載流子，因此需要加負(fù)壓才能迅速阻斷IGBT。

綜上所述，IGBT是一種高效、可靠的功率電子器件，它結(jié)合了雙極晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的優(yōu)點(diǎn)，具有高速開(kāi)關(guān)、低導(dǎo)通電阻、低飽和電壓、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)。而加負(fù)壓關(guān)斷原理和導(dǎo)通和關(guān)斷條件是IGBT高效工作的關(guān)鍵。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)具體情況控制IGBT的柵極電壓和反向電壓，以保證其正常運(yùn)行。