总结
文章亮点：
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IGBT有PT、NPT和FS变体，可以是单管或模块形式。
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电力电子技术处于一个连续体中。在IGBT的右侧，我们找到了最高功率的SCR和GTO。在左侧，我们找到了MOSFET。这一领域存在波动，IGBT正在扩展到最高功率领域，而MOSFET在SiC技术的推动下，正在扩展到IGBT的领域。
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FS型IGBT在很大程度上取代了早期的PT和NPT类型。从DigiKey的公开目录来看，FS模块的可用性几乎是早期技术的10比1。
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IGBT是非常强大的器件，但容易受到ESD的影响，这可能会损坏MOS栅极。
图 1 ：Infineon FZ2400R17HP4B2BOSA2的图像，这是DigiKey提供的最大的IGBT模块之一。该IGBT模块的额定电压为1700 V，电流为2400 A。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）有几种不同的类型，包括穿通型（PT）、非穿通型（NPT）和场截止型（沟槽）FS。本工程简报简要介绍了IGBT系列，重点关注当前和新兴趋势。
让我们首先认识到IGBT是一项相对较新的发明，其根源可以追溯到20世纪60年代末。该技术在20世纪90年代蓬勃发展，并在世纪之交主导了高功率应用，在除最高功率水平外的所有领域都取代了晶闸管。
从你的新洗衣机到1000马力的工业驱动器，很可能都在使用IGBT。制造商不断推动该技术的功率极限，推出了如图1所示的Infineon FZ2400R17HP4B2BOSA2等强大器件。该器件的设计最大额定值为1700 V，2400 A，功耗为13 kW。然而，它的栅极额定电压仅为+/- 20 V。
技术提示 ：处理IGBT时要格外小心，因为即使是最强大的器件也可能因栅极端的静电放电而损坏。这有些反直觉，因为一些IGBT模块非常大，但它们都具有所有MOSFET共有的金属氧化物栅极结构。超过+/- 20 V，电介质就会失效。这种故障可能不会立即显现，但器件的寿命肯定会缩短。
始终遵循静电放电（ESD）程序来存储和处理IGBT和MOSFET。
电力电子的要求
电力电子的要求通常根据以下方面确定：
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基本的电压和电流特性
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效率
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速度，包括开启和关闭时间
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短路、电压瞬变和热事件的耐受性
同时，我们需要认识到不同应用有不同的需求。为家用感应炉优化的设备不会与小型电机驱动器或焊机具有相同的电气和机械要求。因此，半导体设计者会优先考虑某些设备属性，以优化特定应用的性能。结果是各种IGBT都有其特定的应用领域。
多年来，IGBT技术不断改进，重点关注这些特定的应用机会。设计者从PT器件开始，增加了NPT，随后是FS，为特定应用提供了多种器件。随着SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）等新技术的出现，这一上升趋势可能会继续。我们还应该提到MOSFET和IGBT应用之间的模糊界限。虽然IGBT仍然在高电压和高电流应用中占主导地位，但MOSFET也不甘落后。
IGBT 物理结构
我们可以探讨PT、NPT和FS IGBT的底层物理结构。我们会发现PT和NPT相似，但在N和P层的厚度和掺杂方面存在差异。正如其名称所暗示的，FS包括一个沟槽状结构来改变场特性。这些内部物理和半导体理论的讨论超出了本文的范围。请参阅相关链接以获取一些教程。
DigiKey 的产品
为了更好地理解PT、NPT和FS IGBT之间的区别，我对DigiKey的产品进行了非正式审查。当我最初开始时，我假设我们可以在开关速度（t-on和t-off）、饱和电压和设计最大电流方面识别出明确的数据趋势。
我首先关注的是VCE在1000 V范围内且额定电流为100 A的器件。不幸的是，这种方法并不理想，因为各个系列之间存在相当大的重叠。换句话说，研究“平均”IGBT没有任何价值。
IGBT 趋势
相反，我们需要观察边缘以发现模式：
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流行度：从活跃产品的角度来看，FS器件在分立和模块化IGBT中均占主导地位。对于IGBT模块尤其如此，FS器件的数量几乎是其他技术的10倍。
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电压：就VCE（最大）而言，FS器件似乎处于中等水平。最好的产品约为1800 V，而PT和NPT分别提供4500 V和3000 V。
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开关时间：每个类别中存在相当大的重叠。然而，FS器件的开启时间往往较慢。PT器件的关断时间通常较快。NPT和FS器件的关断速度是PT的一半。
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MOSFET：继续探索利基应用，IGBT和MOSFET应用之间的界限变得模糊。例如，如图2所示的Wolfspeed CAB400M12XM3，与IGBT并没有太大区别。该SiC MOSFET模块的设计最大电压为1200 V，漏极电流为400 A。
图 2 ：Wolfspeed CAB400M12XM3 MOSFET模块的图像。该SiC模块的额定电压为1200 V，额定电流为400 A。
最后的思考
这篇文章开始时似乎很简单。我只是想从DigiKey物流的角度展示PT、NPT和FS类型之间的差异。几个小时后，事情变得不那么清晰了，因为我们发现“平均”1000 V 100 A IGBT的特性之间存在显著重叠。这迫使我们从流行度和设计最大极限的角度寻找有意义的差异。
PT 速度快，而 FS 受欢迎。
令人惊讶的是，我们发现MOSFET和IGBT密切相关，尤其是随着新的SiC和Ga半导体技术的成熟。我们需要在10年后再次检查，看看令人兴奋的格局变化。
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