IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 의 특징과 동작원리

1. IGBT의 특징 및 회로기호

IGBT는 파워 반도체의 일종이며, high current를 high speed로 switching 가능한 소자인 것이 주 특징이다. 1980년대에 탄생하여 전자 산업에 큰 변화를 가져온 소자이며, 최근에는 자동차 업계에 필요한 power용 소자로 널리 사용되고 있다.

 

Insulated Gate Bipolar Transistor의 약자이며, 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터로 번역이 된다. N채널과 P채널 type이 있으며, BJT와 동일하게 컬렉터(C), 에미터(E) 단자가 있고, Base 단자 대신에 Gate 단자가 있다.

 

회로 단자만 봐도 알 수 있듯이, IGBT는 MOSFET의 장점인 고속 스위칭, 높은 입력 임피던스를 그대로 가지면서, BJT의 고내압 상에서도 Ron 값이 낮은 장점까지 포함한 소자이다. 서로의 단점까지 보완하는 특징을 가지고 있는 특징을 가지고 있는 것이다.

2. IGBT 구동 방식

IGBT는 전압 제어 소자이다. 따라서 Gate에 인가되는 전압에 따라 E-C 사이에 (콜렉터~에미터) 흐르는 콜렉터 Current인 전류 Ic를 제어한다. N-channel type IGBT는 Gate에 positive(양의 값) 전압을 인가시 Ic가 흐르게 되고, P-channel type은 negative voltage를 인가하면 Ic가 흐르게 된다.

3. IGBT 등가회로

IGBT의 symbol을 보면, PNP트렌지스터와 N-MOSFET을 접속한 것으로 되어 있다. N-IGBT를 예로 든다면, 게이트에 positive voltage를 인가하면 접속된 PNP TR의 base current가 흐르게 되면서 BJT를 turn-on시키게 된다. 그래서 결과적으로 Ic가 흐르며 동작하게 됨을 알 수 있다.

4. Transistor간 성능 비교

IGBT 소자를 다른 MOSFET과 BJT 끼리 비교해본다면 다음과 같다. 구동시키는 전력은 전류 구동 방식인 BJT가 제일 크게 요구된다. 스위칭 속도 면에서는 MOSFET이 가장 빠르고 BJT는 가장 느리다. IGBT가 중간의 스위칭 스피드를 가지고 있다.

 

내압은 IGBT가 더욱 압도적이다. 약 400~1200V의 내압을 자랑하여, 가장 크게는 수백 volt의 내압을 가지는 다른 두 개의 소자들에 비하면, 더 큰 전압을 견딜 수 있는 소자이다.

5. IGBT 응용처

현재 구조가 계속 업데이트되고 있고, 조립 단계가 기존 wafer 단계에서 진행하기 어려운 부분이 있다. 따라서 module형태로, 사용자의 기능을 탑재하여 packaging한 모듈로 공급되는 것이 일반적이다. 점점 소형화도 진행되고 있어 사용처는 더욱 다양해질 것으로 전망된다.