Быстрое развитие в начале 90-х годов технологии силовых транзисторов привело к появлению нового класса приборов - биполярные транзисторы с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistors -IGBT). Основные преимущества IGBT высокие значения рабочей частоты (10-20кГц), по сравнению с запираемыми тиристорами, простота и компактность схем управления. Включение и выключение транзистора осуществляются подачей и снятием положительного напряжения между затвором и истоком. Транзисторы IGBT (рисунок 1.2) появились в результате развития технологии силовых транзисторов со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET- Metal-Oxid-Semiconductor-Field-Effect-Transistor), управляемых электрическим полем, и сочетают в себе два транзистора в одной полупроводниковой структуре биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Сочетание двух приборов в одной структуре позволило объединить достоинства полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление с высокой токовой нагрузкой и малым сопротивлением во включённом состоянии. При этом прямое падение напряжения для современных транзисторов с рабочим напряжением 4500 В и током 1800 А составляет 1,0- 1,5В. Процесс включения IGBT можно разделить на два этапа. После подачи положительного напряжения между затвором и истоком происходит открытие полевого транзистора (формируется n - канал между истоком и стоком). Движение зарядов из области n в область p приводит к открытию биполярного транзистора и возникновению тока от эмиттера к коллектору. Таким образом, полевой транзистор управляет работой биполярного. 
Рисунок 1.2 - Схематичный разрез структуры IGBT
IGBT-модули
В настоящее время транзисторы IGBT выпускаются, как правило, в виде модулей в прямоугольных корпусах с односторонним прижимом и охлаждением ("Mitsubishi", "Siemens", "Semikron" и др.) и таблеточном исполнении с двухсторонним охлаждением ("Toshiba Semiconductor Group"). Типовая конструкция модуля в прямоугольном корпусе показана на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 - Типовая конструкция IGBT-модуля: 1 - кристалл; 2 - слой керамики; 3-спайка; 4 - нижнее теплоотводящее основание
Модули с односторонним охлаждением выполняются в прочном пластмассовом корпусе с паянными контактами и изолированным основанием. Все электрические контакты находятся в верхней части корпуса. Отвод тепла осуществляется через основание.. В модулях IGBT цепи управления (драйверы) непосредственно включены в их структуру. Ток управления IGBT мал, поэтому цепь управления конструктивно компактна. "Интеллектуальные" транзисторные модули (ИТМ), выполненные на IGBT, содержат: устройства защиты от токов короткого замыкания; защиту от исчезновения управляющего сигнала; одновременной проводимости в противоположных плечах силовой схемы; исчезновения напряжения источника питания и других аварийных явлений. Предусмотрены также и системы диагностирования. В структуре ИТМ на IGBT предусматривается в ряде случаев система управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и однокристальная ЭВМ. Во многих модулях имеется схема активного фильтра для коррекции коэффициента мощности и уменьшения содержания высших гармонических в питающей сети. IGBT-модуль по внутренней электрической схеме может представлять собой единичный IGBT, двойной модуль (half-bridge), где два IGBT соединены последовательно (полумост), прерыватель (chopper), в котором единичный IGBT последовательно соединён с диодом, однофазный или трёхфазный мост. Во всех случаях, кроме прерывателя, модуль содержит параллельно каждому IGBT встроенный обратный диод. Наиболее распространённые схемы соединений IGBT- модулей приведены на рисунке 1.4. Основное различие между дискретными приборами и сильноточными модулями заключается в способе электрической связи их с другими элементами схемы. Дискретные компоненты соединяются с элементами схемы на печатной плате посредством пайки. Максимальное значение токов в контактных соединениях печатной платы обычно не превосходит 100 А в установившихся режимах работы. Это накладывает естественные ограничения на число параллельно соединяемых компонентов.
Рисунок 8.4 - Схемы IGBT-модулей
В настоящее время IGBT как класс приборов силовой электроники занимает и будет занимать доминирующее положение для диапазона мощностей от единиц киловатт до единиц мегаватт при создании управляемых выпрямителей и преобразователей частоты для регулируемого электропривода средней мощности, преобразователей индукционного нагрева, сварочных аппаратов, источников бесперебойного питания.
Дальнейшее совершенствование транзисторов и модулей IGBT идет по пути:
-повышения диапазона предельных коммутируемых токов и напряжений;
-повышения быстродействия;
-повышения стойкости к перегрузкам и аварийным режимам;
-снижения прямого падения напряжения;
-разработки новых структур с плотностями токов, приближающихся к тиристорным;
-развития "интеллектуальных" IGBT (со встроенными функциями диагностики и защит).
Литература
1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. Учебник для вузов,- М.: Энергоатомиздат,1981- 576с.
2. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод:- М.: Энергоатомиздат, 1985- 416с.
3. Алексеев С.Б. Силовые преобразовательные устройства: Учебное пособие.- Алматы.: АИЭС, 2006.-90 с.