IGBT是什么？它是如何驅(qū)動電路的

我們之前有介紹過什么是IGBT，不過主要是從結(jié)構(gòu)上對其進行了剖析，并未深入介紹，今天金譽半導(dǎo)體再從其他角度來充分了解一下IGBT的具體信息。此文信息量有點大，供大家參考。

    IGBT的特點可以從其全稱中了解一二：絕緣柵雙極晶體管。

    所謂絕緣柵，是指IGBT與MOSFET類似，作為控制的門級和功率電路部分是絕緣的，之間沒有通過導(dǎo)體或半導(dǎo)體電氣連接。門級只要出現(xiàn)一定的電壓，在半導(dǎo)體內(nèi)部形成一定的電場，就可以實現(xiàn)IGBT的導(dǎo)通。

有了絕緣柵，在開關(guān)時，只需要在IGBT切換狀態(tài)的瞬時間內(nèi)給門級注入/抽取一點能量，改變內(nèi)部電場，就可以改變IGBT的工作狀態(tài)。這個過程很容易做的非?？焖?，一秒鐘可以開關(guān)近萬次，換言之，IGBT開關(guān)頻率可以達到10kHz級別，這也是IGBT選做成為開關(guān)的主要原因。而且IGBT導(dǎo)通時的電壓相對于大電流不敏感，可以承受幾十到幾百安培量級的電流；當(dāng)其關(guān)斷時，可以承受幾百至幾千伏特的電壓。

 要這么快的開關(guān)干什么用？常見的強電只有50Hz的交流電，變壓器能變它的電壓，但是不能改變它的頻率，更不能把它變成直流；另一方面，光伏電站發(fā)出的直流電，也無法轉(zhuǎn)換為交流。而利用IGBT這種開關(guān)，人們可以設(shè)計出一類電路，通過控制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。這類電路統(tǒng)稱電力電子電路，由電力電子電路做成的設(shè)備稱為變換器。特別的，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，而直流變直流的電路其實是花樣多變的，一般直接稱為變換器。

相比之下，功率MOSFET作為單極器件，其導(dǎo)通時類似一個小電阻，小電阻上的電壓和電流呈線性關(guān)系，因此當(dāng)電流超過一定程度時，功率MOSFET上消耗的電能（電壓和電流的乘積）就太大了，這一特征限制了MOSFET的 電流，普通的三極管（BJT）也是如此。另一方面，減小MOSFET中小電阻的努力會希望MOSFET的兩個功率極不要相隔太遠，這也制約了MOSFET承受電壓的能力。

功能上來說，IGBT就是一個由晶體管實現(xiàn)的電路開關(guān)，不同于家里的電燈開關(guān)用按鈕進行控制，IGBT作為晶體管的一種，是由別的電路來控制的。具體點說，IGBT的簡化模型有3個接口，有兩個（集電極、****極）接在強電電路上，還有一個接收控制電信號，叫作門極。給門極一個高電平信號，開關(guān)（集電極與****極之間）就通了；再給低電平信號，開關(guān)就斷了。這種可以用數(shù)字信號控制的強電開關(guān)還有很多種。

IGBT是非常成功的電力電子器件之一。相比之下，還有很多不為人知的器件都成為了歷史中的過客。不過，近年寬禁帶半導(dǎo)體器件技術(shù)取得了不少突破，其中碳化硅（SiC）材料耐壓、耐溫更高，因此用碳化硅做成的MOSFET就可以直接媲美IGBT的電壓、電流承載能力，而無需再使用更為復(fù)雜的IGBT結(jié)構(gòu)。在電動汽車、軌道交通領(lǐng)域，商品化的基于SiC-MOSFET的變換器已經(jīng)投入市場了。當(dāng)然，理論上碳化硅材料和IGBT結(jié)構(gòu)也是可以結(jié)合的，其電壓、電流也會上升一個等級。