近年来,新型功率开关器件IGBT(图1)已逐渐被人们所认识,IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件(图2),IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写形式,是绝缘栅双极型晶体管。与以前的各种电力电子器件相比,IGBT具有以下特点:①高输入阻抗,可采用通用低成本的驱动线路;②高速开关特性,导通状态低损耗。
IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。简单讲,是一个非通即断的开关,IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看作导线,断开时当作开路。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低,是一种适合于中、大功率应用的电力电子器件,IGBT在综合性能方面占有明显优势,非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、
变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
一、IGBT的应用领域及现状
1.IGBT的应用领域
IGBT是能源转换与传输的核心器件,是电力电子装置的"CPU"。IGBT是一种大功率的电力电子器件,是一个非通即断的开关,IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看作导线,断开时当作开路。三大特点就是高压、大电流、高速。它是电力电子领域非常理想的开关器件,不同公司的IGBT如图3所示。
采用IGBT进行功率变换,能够提高用电效率和质量,具有高效节能和绿色环保的特点,是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
IGBT的应用领域很广,如工业领域中的
变频器,家用电器领域的变频空调、洗衣机、冰箱,轨道交通领域的高铁、地铁、轻轨,军工航天领域的飞机、舰艇以及
新能源领域的
新能源汽车、风力发电等都有非常广泛的应用。
IGBT模块在
电动汽车中发挥着至关重要的作用,是
电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。IGBT模块占
电动汽车成本将近10%,占充电桩成本约20%。IGBT主要应用于
电动汽车领域中以下几个方面:
①电动控制系统:大功率直流/交流( DC/AC)逆变后驱动汽车电机(图4),车载空调控制系统;
②小功率直流/交流(DC/AC)逆变(图5),使用电流较小的IGBT和FRD;
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