什么是IGBT？不可不知的內(nèi)容

大家都知道，電的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用極大的節(jié)省了人類的體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)，使人類的力量長上了翅膀，使人類的信息觸角不斷延伸．電對人類生活的影響有兩方面：能量的獲取轉(zhuǎn)化和傳輸，電子信息技術(shù)的基礎(chǔ)．襟抱堂網(wǎng)絡(luò)策劃機(jī)構(gòu)認(rèn)為，電的發(fā)現(xiàn)可以說是人類歷史的革命。

然而在電力電子領(lǐng)域中，其中最重要一個(gè)元件就是今天的主角：IGBT，假如沒有IGBT，那么我們出行就不會(huì)有高鐵的便捷生活．

來自百度百科對IGBT的解釋：

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和mos（絕緣柵型場效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。

下面看一下來自知乎網(wǎng)友對IGBT的理解吧，如下：

看到這個(gè)問題想起了四年前的我，也是為了這個(gè)問題報(bào)考了電機(jī)系。。。我試試從科普的角度回答一下。。。

從功能上來說，IGBT就是一個(gè)電路開關(guān)，用在電壓幾十到幾百伏量級、電流幾十到幾百安量級的強(qiáng)電上的。（相對而言，手機(jī)、電腦電路板上跑的電電壓低，以傳輸信號為主，都屬于弱電。）可以認(rèn)為就是一個(gè)晶體管，電壓電流超大而已。

家里的電燈開關(guān)是用按鈕控制的。IGBT不用機(jī)械按鈕，它是由計(jì)算機(jī)控制的。具體點(diǎn)說，IGBT的簡化模型有3個(gè)接口，有兩個(gè)（集電極、發(fā)射極）接在強(qiáng)電電路上，還有一個(gè)接收控制電信號，叫作門極。給門極一個(gè)高電平信號，開關(guān)（集電極與發(fā)射極之間）就通了；再給低電平信號，開關(guān)就斷了。給門極的信號是數(shù)字信號（即只有高和低兩種狀態(tài)），電壓很低，屬于弱電，只要經(jīng)過一個(gè)比較簡單的驅(qū)動(dòng)電路就可以和計(jì)算機(jī)相連。實(shí)際用的“計(jì)算機(jī)”通常是叫作DSP的微處理器，擅長處理數(shù)字信號，比較小巧。

這種可以用數(shù)字信號控制的強(qiáng)電開關(guān)還有很多種。作為其中的一員，IGBT的特點(diǎn)是，在它這個(gè)電流電壓等級下，它支持的開關(guān)速度是最高的，一秒鐘可以開關(guān)幾萬次。GTO以前也用在軌道交通列車上，但是GTO開關(guān)速度低，損耗大，現(xiàn)在只有在最大電壓電流超過IGBT承受范圍才使用；IGCT本質(zhì)上也是GTO，不過結(jié)構(gòu)做了優(yōu)化，開關(guān)速度和最大電壓電流都介于GTO和IGBT之間；大功率mosFET快是快，但不能支持這么大的電壓電流，否則會(huì)燒掉。

要這么快的開關(guān)干什么用？常見的強(qiáng)電只有50Hz的交流電，變壓器能變它的電壓，但是不能改變它的頻率，不能把它變成直流。而有了IGBT這種開關(guān)，就可以設(shè)計(jì)出一類電路，通過計(jì)算機(jī)控制IGBT，把電源側(cè)的交流電變成給定電壓的直流電，或是把各種電變成所需頻率的交流電，給負(fù)載使用。這類電路統(tǒng)稱變換器。把交流電變成直流電的電路叫做整流器；把直流電變成交流電的叫做逆變器；直流變直流的叫開關(guān)電源；三相交流變交流的叫矩陣變換器。

怎么實(shí)現(xiàn)的？需要講一下PWM的概念，這里我可能說的不是很清楚。題主見沒見過家里的照明燈接觸不良的時(shí)候快速閃爍？閃爍的燈看起來沒有正常的燈亮吧？這是因?yàn)殚W爍的燈亮0．1秒，又滅0．1秒，總共0．2秒的時(shí)間內(nèi)它只發(fā)出了正常燈0．1秒的光能，所以顯得暗。強(qiáng)電本質(zhì)上是傳輸電能，所以也可以利用這個(gè)原理。如果用電器內(nèi)的電流幾乎不變，用電器前0．2秒接了300V的電壓，后0．1秒接了0V的電壓，那在0．3秒內(nèi)，它就等效于用電器兩端始終接著200V的電壓。我們管這個(gè)只持續(xù)0．2秒的300V電壓叫脈沖，通過改脈沖在0．3秒內(nèi)占據(jù)的時(shí)間，就可以實(shí)現(xiàn)等效電壓在這個(gè)時(shí)刻內(nèi)成為0～300V內(nèi)的任何一個(gè)值，即所謂的脈寬調(diào)制（PWM）。電壓一高一低變化的總時(shí)間越短，從宏觀上看電壓越接近等效電壓。