我們之前有介紹過(guò)什么是IGBT，不過(guò)主要是從結(jié)構(gòu)上對(duì)其進(jìn)行了剖析，并未深入介紹，今天金譽(yù)半導(dǎo)體再?gòu)钠渌嵌葋?lái)充分了解一下IGBT的具體信息。此文信息量有點(diǎn)大，供大家參考。

IGBT的特點(diǎn)可以從其全稱(chēng)中了解一二：絕緣柵雙極晶體管。

所謂絕緣柵，是指IGBT與MOSFET類(lèi)似，作為控制的門(mén)級(jí)和功率電路部分是絕緣的，之間沒(méi)有通過(guò)導(dǎo)體或半導(dǎo)體電氣連接。門(mén)級(jí)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(chǎng)，就可以實(shí)現(xiàn)IGBT的導(dǎo)通。

有了絕緣柵，在開(kāi)關(guān)時(shí)，只需要在IGBT切換狀態(tài)的瞬時(shí)間內(nèi)給門(mén)級(jí)注入/抽取一點(diǎn)能量，改變內(nèi)部電場(chǎng)，就可以改變IGBT的工作狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程很容易做的非?？焖?，一秒鐘可以開(kāi)關(guān)近萬(wàn)次，換言之，IGBT開(kāi)關(guān)頻率可以達(dá)到10kHz級(jí)別，這也是IGBT選做成為開(kāi)關(guān)的主要原因。而且IGBT導(dǎo)通時(shí)的電壓相對(duì)于大電流不敏感，可以承受幾十到幾百安培量級(jí)的電流；當(dāng)其關(guān)斷時(shí)，可以承受幾百至幾千伏特的電壓。

要這么快的開(kāi)關(guān)干什么用？常見(jiàn)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，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(wú)法轉(zhuǎn)換為交流。而利用IGBT這種開(kāi)關(guān)，人們可以設(shè)計(jì)出一類(lèi)電路，通過(guò)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(lèi)電路統(tǒng)稱(chēng)電力電子電路，由電力電子電路做成的設(shè)備稱(chēng)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(shí)是花樣多變的，一般直接稱(chēng)為變換器。

相比之下，功率MOSFET作為單極器件，其導(dǎo)通時(shí)類(lèi)似一個(gè)小電阻，小電阻上的電壓和電流呈線(xiàn)性關(guān)系，因此當(dāng)電流超過(guò)一定程度時(shí)，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(huì)希望MOSFET的兩個(gè)功率極不要相隔太遠(yuǎn)，這也制約了MOSFET承受電壓的能力。

功能上來(lái)說(shuō)，IGBT就是一個(gè)由晶體管實(shí)現(xiàn)的電路開(kāi)關(guān)，不同于家里的電燈開(kāi)關(guān)用按鈕進(jìn)行控制，IGBT作為晶體管的一種，是由別的電路來(lái)控制的。具體點(diǎn)說(shuō)，IGBT的簡(jiǎn)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(hào)，叫作門(mén)極。給門(mén)極一個(gè)高電平信號(hào)，開(kāi)關(guān)（集電極與發(fā)射極之間）就通了；再給低電平信號(hào)，開(kāi)關(guān)就斷了。這種可以用數(shù)字信號(hào)控制的強(qiáng)電開(kāi)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(guò)客。不過(guò)，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(wú)需再使用更為復(fù)雜的IGBT結(jié)構(gòu)。在電動(dòng)汽車(chē)、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(chǎng)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(huì)上升一個(gè)等級(jí)。

審核編輯：湯梓紅