現(xiàn)代絕緣柵雙極晶體管（IGBT）常常被用作電壓控制的雙極器件，具有類似金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）的輸入特性和雙極輸出特性。IGBT的引入使電子工程師能夠充分利用功率MOS場效應(yīng)晶體管（MOSFET）和小信號雙極晶體管（BJT）的優(yōu)點，將功率MOSFET和BJT元件的功能結(jié)合到單一硬件中。其結(jié)構(gòu)融合了MOSFET的簡單門控特性和雙極晶體管的高電流和低飽和電壓能力。

“絕緣柵”一詞描述了MOSFET的輸入的高輸入阻抗，因為它使用其柵端的電壓而不是外部電源。而“雙極”則描述了BJT的輸出區(qū)域，電流通過兩種載流子流動：電子和空穴。因此，它能夠用很小的信號電壓管理巨大的電流和電壓。因為它的混合結(jié)構(gòu)，IGBT是一種電壓控制器件。

IGBT在電力領(lǐng)域中的價值

IGBT在電力電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其在需要在寬速度范圍內(nèi)精確控制且背景噪音最小的脈沖寬度調(diào)制（PWM）伺服和三相驅(qū)動中。這些器件還可以用于需要頻繁開關(guān)的電源電路，如不間斷電源（UPS）和開關(guān)電源（SMPS）系統(tǒng)。IGBT提高了效率并減少了噪音，在汽車、卡車的逆變器電路以及工業(yè)電機和家用電器如空調(diào)和冰箱中表現(xiàn)更加動態(tài)。

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此外，IGBT也廣泛用于可再生能源系統(tǒng)，如太陽能和風(fēng)能逆變器，它們有助于將直流電能高效地轉(zhuǎn)換為交流電能，用于家庭和企業(yè)。它們可以處理高電壓和電流水平，因此非常適合這些應(yīng)用。這項技術(shù)在諧振模式變流器電路和感應(yīng)爐中同樣表現(xiàn)出色。商業(yè)可用的IGBT具有低開關(guān)和導(dǎo)通損耗。

IGBT的我們生活中常見的用途

讓我們以感應(yīng)加熱電路為例。感應(yīng)加熱中使用零電壓開關(guān)或零電流開關(guān)來最小化開關(guān)損耗。由于存在高諧振電壓或電流，因此通常首選IGBT作為開關(guān)。特別是感應(yīng)微波爐、感應(yīng)電飯煲和其他感應(yīng)烹飪設(shè)備都是由于使用了IGBT而成為可能。同樣，在UPS系統(tǒng)中，IGBT有中型和大型容量（數(shù)kVA或更大容量）型號，既節(jié)省空間又高效。

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另一個例子是電壓源變換器（VSC）。IGBT具有高電壓和電流額定值，這允許實現(xiàn)無法通過晶閘管實現(xiàn)的控制水平和靈活性。它們的使用支持多端口直流線的實施，并且通過PWM和多層變流器技術(shù)減少了在變流器交流側(cè)過濾電流諧波的困難。由于IGBT的不懈進步，高電壓直流（HVDC）采用VSC在更高的電壓和電流下變得更加普及，因此對于較短的線路來說，直流線路成為更有吸引力的選擇，因為它們允許更好地控制電網(wǎng)上的流動路徑。

IGBT相對于BJT和MOSFET有哪些優(yōu)勢

1.電導(dǎo)調(diào)制導(dǎo)致極小的通態(tài)電壓降，以及高通態(tài)電流密度。這允許減小芯片尺寸和價格。

2.輸入MOS柵排布提供了低驅(qū)動功率能力和簡單的驅(qū)動電路。在高電流和電壓應(yīng)用中，這使得比起電流控制器件，簡化了調(diào)節(jié)。

3.安全操作區(qū)域大。與雙極晶體管相比，它在導(dǎo)電方面更為出色，并在正向和反向阻斷能力方面表現(xiàn)卓越。

結(jié)論，IGBT 是壓控雙極器件，具有類似 MOS 的輸入特性和雙極輸出特性，用于逆變器、UPS、VSC 和感應(yīng)加熱電路等電力電子電路。商用IGBT具有較低的開關(guān)和導(dǎo)通損耗，與BJT和MOSFET相比具有許多優(yōu)點，例如通態(tài)壓降小、通態(tài)電流密度高、驅(qū)動功率低、調(diào)節(jié)更簡單、安全工作區(qū)大以及優(yōu)越的性能。正向和反向阻塞能力。此外，IGBT 具有快速開關(guān)速度，能夠處理高功率水平，使其非常適合用于高壓直流輸電系統(tǒng)等電力電子應(yīng)用。

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審核編輯 黃宇