4.3.2  工作原理

图4-20中的IGBT是由PNP型晶体管和NMOS管组合而成,这种IGBT称作N-IGBT,用图4-20d所示图形符号表示,相应的还有P沟道IGBT,称作P-IGBT,将图4-20d所示图形符号中的箭头改为由E极指向G极以及由G极指向C极即P-IGBT的图形符号。

由于电力电子设备中主要采用N-IGBT,下面以图4-21所示电路来说明N-IGBT的工作原理。

图4-21 N-IGBT工作原理说明图(https://www.daowen.com)

电源E₂通过开关S为IGBT提供U_GE电压,电源E₁经R₁为IGBT提供U_CE电压。当开关S闭合时,IGBT的G、E极之间获得电压U_GE,只要U_GE电压大于开启电压(2～6V),IGBT内部的NMOS管就有导电沟道形成,MOS管D、S极之间导通,为晶体管I_b电流提供通路,晶体管导通,有电流I_C从IGBT的C极流入,经晶体管发射极后分成I₁和I₂两路电流,I₁电流流经MOS管的D、S极,I₂电流从晶体管的集电极流出,I₁、I₂电流汇合成I_E电流从IGBT的E极流出,即IGBT处于导通状态。当开关S断开后,U_GE电压为0,MOS管导电沟道夹断(消失),I₁、I₂都为0,I_C、I_E电流也为0,即IGBT处于截止状态。

调节电源E₂可以改变U_GE电压的大小,IGBT内部的MOS管的导电沟道宽度会随之变化,I₁电流大小会发生变化,由于I₁电流实际上是晶体管的I_b电流,I₁细小的变化会引起I₂电流(I₂为晶体管的I_c电流)的急剧变化。例如当U_GE增大时,MOS管的导通沟道变宽,I₁电流增大,I₂电流也增大,即IGBT的C极流入、E极流出的电流增大。