我们尝试将两种器件结合，将电流大耐压高的功率BJT放后级，将易驱动的功率MOSFET放前级，等效为用功率MOSFET驱动功率BJT。如下图。

在Q1的GS两端施加一定的电压VGE，Q1导通，形成内部电流ID。Q2的B点电位下拉至接近C点电位，Q2导通，电流流过Q2的E点和C点形成IC。由此从结构上合成了一个新的器件IGBT。

对功率MOSFET进行改造，在其漏极D外层增加P+，实现前级MOSFET与后级BJT的复合结构，该结构的器件即为IGBT绝缘栅双极型晶体管。

对比BJT，MOSFET，IGBT的结构及其导通工作原理，不难发现BJT是小电流引起大漂移；MOSFET是形成沟道，电子定向运动；IGBT是形成沟道，小电流引发大漂移。

再来对比一下BJT，MOSFET和IGBT的器件特性。

IGBT主要用作电子开关，它具有高效率和高速开关的特点。因此，IGBT可用PWM与LPF合成复杂波形，作为开关放大器广泛用于工业控制，音响系统。

其结构图如上，具有MOS栅的晶闸管4层NPNP结构，有多种变体，如PT，NPT及多家公司独有技术，如TRENCHSTOP，FIELDSTOP等。

IGBT符号有三个连接端子，前级MOSFET后级BJT，也有带反并联二极管的画法。集电极C，发射极E以及栅极G。

再看IGBT的结构，还存在一个寄生NPN的BJT Q3，其C与E分别接在原PNP BJT的B和C。也可直接将内部看作NPNP结构，双BJT与晶闸管原理类似。

IGBT的正向电流IC使得Rb产生压降，Q3导通，使得Q2持续导通，Q2的关断就不受Q1的控制。

一旦进入擎住状态，栅极就无法控制集电极电流，此时管段IGBT的唯一方法是强制换向电流，与传统晶闸管一致。如果擎住效应没有及时终止，IGBT会因过大的功耗而损坏。

擎住效应主要的产生原因是过大的电流IC，dv/dt和温度。

接下来看一下IGBT的静态输出特性。

当栅极-发射极电压VGE低于门槛电压VGE(th)时，IGBT工作于截止区。截止区内，仅有很小的漏电流，器件上的正向电压VGES由体内PN结雪崩击穿决定。

随着栅极-发射极电压VGE增加，并超过门槛电压VGE(th)后，IGBT进入有源区，有源区集电极-发射极电压VCE由外部负载决定。VGE增加，集电极电流iC也增加，对于一定的负载时VCE下降。

当VCE下降到小于VGE-VGE(th)后，IGBT进入饱和区。饱和区内，IGBT中的MOSFET进入欧姆区并驱动PNP三极管饱和。饱和区内VCE随VGE变化很小。

静态特性参数：

1）VCES集-发电压最大值；

2）IC集电极连续电流最大值；

3）ICM集电极脉冲电流最大值；

4）VGES栅-发电压最大值；

5）VCE(sat)集-发饱和电压；

6）VGE(th)栅-发门槛电压。

用以下测试电路来测试IGBT的动态特性。

控制电源Vgg经电阻R接在IGBT栅-发两端。主电源VCC通过电感L连接在IGBT集电极，电感上反并联续流二极管D，Vgg以阶跃形式控制导通和关断。

先来看一下导通的情况。

将栅极驱动电压从-Vgg改变到+Vgg，VGE上升到VGE(th)的时间为延时时间td。此后IGBT集电极电流iC开始上升，二极管电流iD下降，知道iC=iL，二极管截止，这段时间为电流上升时间tri。

VGS被钳位在米勒平台，集-发电压VCE开始下降，第一阶段电压下降时间tfv1。VCE第二段下降速度减缓，是由内部MOSFET结电容以及PNP进入准饱和区导致的，第二阶段电压下降时间tfv2。Tsw(on)=td+tri+tfv+tfv2。

再来看一下关断的情况。

关断过程IGBT的特性和导通的反向过程大体一致，但有一个明显不同。当VGE小于VGE(th)，等效内部MOSFET关断，电流迅速下降，该段为电流下降时间tfi1。

但MOSFET关断后，由于基极存储的电荷无法被抽取，仍有电流流过PNP，仅能靠PNP自身的载流子重结合，使得该段电流下降缓慢形成拖尾，该段为电流下降时间tfi2。Tsw(off)=trv1+trv2+tfi1+tfi2。

根据IGBT的动态关断特性，可以解释前面为什么说IGBT的开关频率低于MOSFET。我们对比二者的关断特性图，如下。

IGBT关断延时和拖尾时间限制了IGBT的开关频率。

最后总计一下器件的共性问题，电力电子装置运行中可受多种干扰，开关和故障的暂态都可能给器件带来危害。

器件的主功率和控制端都需要增加一定的保护措施，主要包括过电流，di/dt或dv/dt，电压尖峰，门极过压，温度过高等。