目錄：
1.IGBT是什麼？
2.IGBT的工作原理
3.IGBT的優缺點
4.IGBT的主要參數
5.IGBT的靜态特性曲線
6.IGBT的選型
7.IGBT的應用
1.IGBT是什麼？
IGBT，絕緣栅雙極型半導體，是由（BJT）雙極型三極管和絕緣栅型場效應管（MOS）組成的複合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有（MOSFET）金氧半場效半導體的高輸入阻抗和電力半導體（GTR）的低導通壓降兩方面的優點。
GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；（因為Vbe=0.7V,而Ic可以很大（跟PN結材料和厚度有關））
MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。（因為MOS管有Rds，如果Ids比較大，就會導緻Vds很大）
IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常适合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
IGBT最主要的作用就是把高壓直流變為交流，以及變頻。（是以用在電動車上比較多）
2.IGBT的工作原理
忽略複雜的半導體實體推導過程，下面是簡化後的工作原理。
IGBT有N溝道型和P溝道型兩種，主流的N溝道IGBT的電路圖符号及其等效電路如下：
是以整個過程就很簡單：
當栅極G為高電平時，NMOS導通，是以PNP的CE也導通，電流從CE流過。
當栅極G為低電平時，NMOS截止，是以PNP的CE截止，沒有電流流過。
IGBT與MOSFET不同，内部沒有寄生的反向二極管，是以在實際使用中(感性負載)需要搭配适當的快恢複二極管。
3.IGBT的優缺點
優點：
1、具有更高的電壓和電流處理能力。
2、極高的輸入阻抗。
3、可以使用非常低的電壓切換非常高的電流。
4、電壓控制裝置，即它沒有輸入電流和低輸入損耗。
5、栅極驅動電路簡單且便宜，降低了栅極驅動的要求
6、通過施加正電壓可以很容易地打開它，通過施加零電壓或稍微負電壓可以很容易地關閉它。
7、具有非常低的導通電阻。
8、具有高電流密度，使其能夠具有更小的晶片尺寸。
9、具有比 BJT 和 MOS 管更高的功率增益。
10、具有比 BJT 更高的開關速度。
11、可以使用低控制電壓切換高電流電平。
12、雙極性質，增強了傳導性。
13、安全可靠。
缺點：
1、開關速度低于 MOS管。
2、因為是單向的，在沒有附加電路的情況下無法處理AC波形。
3、不能阻擋更高的反向電壓。
4、比 BJT 和 MOS管價格更高。
5、類似于晶閘管的P-N-P-N結構，是以它存在鎖存問題
4.IGBT的主要參數
（1）集電極-發射極額定電壓UCES是IGBT在截止狀态下集電極與發射極之間能夠承受的最大電壓，一般UCES小于或等于器件的雪崩擊穿電壓。
（2）栅極-發射極額定電壓UGE是IGBT栅極與發射極之間允許施加的最大電壓，通常為20V。栅極的電壓信号控制IGBT的導通和關斷，其電壓不可超過UGE。
（3）集電極額定電流IC是IGBT在飽和導通狀态下，允許持續通過的最大電流。
（4）集電極-發射極飽和電壓UCE是IGBT在飽和導通狀态下，集電極與發射極之間的電壓降。該值越小，則管子的功率損耗越小。
（5）開關頻率在IGBT的使用說明書中，開關頻率是以開通時間tON、下降時間t1和關斷時間tOFF給出的，根據這些參數可估算出IGBT的開關頻率，一般可達30～40kHz。在變頻器中，實際使用的載波頻率大多在15kHz以下。
6.IGBT的靜态特性曲線
IGBT靜态特性曲線包括轉移特性曲線和輸出特性曲線：其中左側用于表示IC-VGE關系的曲線叫做轉移特性曲線，右側表示IC-VCE關系的曲線叫做輸出特性曲線。
（1）轉移特性曲線
IGBT的轉移特性曲線是指輸出集電極電流IC與栅極-發射極電壓VGE之間的關系曲線。
為了便于了解，這裡我們可通過分析MOSFET來了解IGBT的轉移特性。
當VGS=0V時，源極S和漏極D之間相當于存在兩個背靠背的pn結，是以不論漏極-源極電壓VDS之間加多大或什麼極性的電壓，總有一個pn結處于反偏狀态，漏、源極間沒有導電溝道，器件無法導通，漏極電流ID為N+PN+管的漏電流，接近于0。
當0<VGS<VGS（th）時，栅極電壓增加，栅極G和襯底p間的絕緣層中産生電場，使得少量電子聚集在栅氧下表面，但由于數量有限，溝道電阻仍然很大，無法形成有效溝道，漏極電流ID仍然約為0。
當VGS≥VGS（th）時，栅極G和襯底p間電場增強，可吸引更多的電子，使得襯底P區反型，溝道形成，漏極和源極之間電阻大大降低。此時，如果漏源之間施加一偏置電壓，MOSFET會進入導通狀态。在大部分漏極電流範圍内ID與VGS成線性關系，如下圖所示。
這裡MOSFET的栅源電壓VGS類似于IGBT的栅射電壓VGE，漏極電流ID類似于IGBT的集電極電流IC。IGBT中，當VGE≥VGE（th）時，IGBT表面形成溝道，器件導通。
（2）輸出特性曲線
IGBT的輸出特性通常表示的是以栅極-發射極電壓VGE為參變量時，漏極電流IC和集電極-發射極電壓VCE之間的關系曲線。
由于IGBT可等效了解為MOSFET和PNP的複合結構，它的輸出特性曲線與MOSFET強相關，是以這裡我們依舊以MOSFET為例來講解其輸出特性。
其中當VDS>0且較小時，ID随着VDS的增大而增大，這部分區域在MOSFET中稱為可變電阻區，在IGBT中稱為非飽和區；
當VDS繼續增大，ID-VDS的斜率逐漸減小為0時，該部分區域在MOSFET中稱為恒流區，在IGBT中稱為飽和區；
當VDS增加到雪崩擊穿時，該區域在MOSFET和IGBT中都稱為擊穿區。
IGBT的栅極-發射極電壓VGE類似于MOSFET的栅極-源極電壓VGS，集電極電流IC類似于漏極電流ID，集電極-發射極電壓VCE類似于漏源電壓VDS。
MOSFET與IGBT線上性區之間存在差異（紅框所标位置）。
這主要是由于IGBT在導通初期，發射極P+/N-結需要約為0.7V的電壓降使得該結從零偏轉變為正偏所導緻的。
6.IGBT如何選型
（1）IGBT額定電壓的選擇
三相380V輸入電壓經過整流和濾波後，直流母線電壓的最大值：在開關工作的條件下，IGBT的額定電壓一般要求高于直流母線電壓的兩倍，根據IGBT規格的電壓等級，選擇1200V電壓等級的IGBT。
（2）IGBT額定電流的選擇
以30kW變頻器為例，負載電流約為79A，由于負載電氣啟動或加速時，電流過載，一般要求1分鐘的時間内，承受1.5倍的過流，擇最大負載電流約為119A ，建議選擇150A電流等級的IGBT。
（3）IGBT開關參數的選擇
變頻器的開關頻率一般小于10kHZ，而在實際工作的過程中，IGBT的通态損耗所占比重比較大，建議選擇低通态型IGBT。
（4）影響IGBT可靠性因素
（1）栅電壓
IGBT工作時，必須有正向栅電壓，常用的栅驅動電壓值為15～187，最高用到20V， 而棚電壓與栅極電阻Rg有很大關系，在設計IGBT驅動電路時， 參考IGBT Datasheet中的額定Rg值，設計合适驅動參數，保證合理正向栅電壓。因為IGBT的工作狀态與正向棚電壓有很大關系，正向栅電壓越高，開通損耗越小，正向壓降也咯小。
在橋式電路和大功率應用情況下，為了避免幹擾，在IGBT關斷時，栅極加負電壓，一般在-5- 15V，保證IGBT的關斷，避免Miller效應影響。
（2）Miller效應
為了降低Miller效應的影響，在IGBT栅驅動電路中采用改進措施：
(1)開通和關斷采用不同栅電阻Rg,ON和Rg,off，確定IGBT的有效開通和關斷;
(2)栅源間加電容c，對Miller效應産生的電壓進行能量洩放;
(3)關斷時加負栅壓。在實際設計中，采用三者合理組合，對改進Mille r效應的效果更佳。
7.IGBT的應用
（IGBT最主要的作用就是高壓直流轉交流，以及變頻）
1、新能源汽車
IGBT是電動汽車及充電樁等裝置的核心技術部件，在電動汽車中發揮着至關重要的作用，主要作用于電動車汽車的充電樁、電動控制系統以及車載空調控制系統。
（1）電動控制系統
作用于大功率直流/交流(DC/AC)逆變後汽車電機的驅動；
（2）車載空調控制系統
作用于小功率直流/交流(DC/AC)的逆變；
（3）充電樁
智能充電樁中被作為開關元件使用；
2、智能電網
智能電網的發電端、輸電端、變電端及用電端均需使用IGBT。
（1）發電端
風力發電、光伏發電中的整流器和逆變器都需使用IGBT。
（2）輸電端
特高壓直流輸電中FACTS柔性輸電技術需大量使用IGBT。
（3）變電端
IGBT是電力電子變壓器的關鍵器件。
（4）用電端
家用白電、 微波爐、LED照明驅動等都對IGBT有大量的需求。
3、軌道交通
衆所周知，交流傳動技術是現代軌道交通的核心技術之一，在交流傳動系統中牽引變流器是關鍵部件，而IGBT又是牽引變流器最核心的器件之一，可以說該器件已成為軌道交通車輛牽引變流器和各種輔助變流器的主流電力電子器件。
參考文獻：
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/347971302
- https://www.sohu.com/a/253591227_208903
- https://m.elecfans.com/article/701446.html
- https://www.elecfans.com/d/1077838.html
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/87082615