IGBT是什么？它是如何驱动电路的

我们之前有介绍过什么是IGBT，不过主要是从结构上对其进行了剖析，并未深入介绍，今天金誉半导体再从其他角度来充分了解一下IGBT的具体信息。此文信息量有点大，供大家参考。

IGBT的特点可以从其全称中了解一二：绝缘栅双极晶体管。

所谓绝缘栅，是指IGBT与MOSFET类似，作为控制的门级和功率电路部分是绝缘的，之间没有通过导体或半导体电气连接。门级只要出现一定的电压，在半导体内部形成一定的电场，就可以实现IGBT的导通。

有了绝缘栅，在开关时，只需要在IGBT切换状态的瞬时间内给门级注入/抽取一点能量，改变内部电场，就可以改变IGBT的工作状态。这个过程很容易做的非常快速，一秒钟可以开关近万次，换言之，IGBT开关频率可以达到10kHz级别，这也是IGBT选做成为开关的主要原因。而且IGBT导通时的电压相对于大电流不敏感，可以承受几十到几百安培量级的电流；当其关断时，可以承受几百至几千伏特的电压。

要这么快的开关干什么用？常见的强电只有50Hz的交流电，变压器能变它的电压，但是不能改变它的频率，更不能把它变成直流；另一方面，光伏电站发出的直流电，也无法转换为交流。而利用IGBT这种开关，人们可以设计出一类电路，通过控制IGBT，把电源侧的交流电变成给定电压的直流电，或是把各种电变成所需频率的交流电。这类电路统称电力电子电路，由电力电子电路做成的设备称为变换器。特别的，把交流电变成直流电的电路叫做整流器，把直流电变成交流电的叫做逆变器，而直流变直流的电路其实是花样多变的，一般直接称为变换器。

相比之下，功率MOSFET作为单极器件，其导通时类似一个小电阻，小电阻上的电压和电流呈线性关系，因此当电流超过一定程度时，功率MOSFET上消耗的电能（电压和电流的乘积）就太大了，这一特征限制了MOSFET的电流，普通的三极管（BJT）也是如此。另一方面，减小MOSFET中小电阻的努力会希望MOSFET的两个功率极不要相隔太远，这也制约了MOSFET承受电压的能力。

功能上来说，IGBT就是一个由晶体管实现的电路开关，不同于家里的电灯开关用按钮进行控制，IGBT作为晶体管的一种，是由别的电路来控制的。具体点说，IGBT的简化模型有3个接口，有两个（集电极、发射极）接在强电电路上，还有一个接收控制电信号，叫作门极。给门极一个高电平信号，开关（集电极与发射极之间）就通了；再给低电平信号，开关就断了。这种可以用数字信号控制的强电开关还有很多种。

IGBT是非常成功的电力电子器件之一。相比之下，还有很多不为人知的器件都成为了历史中的过客。不过，近年宽禁带半导体器件技术取得了不少突破，其中碳化硅（SiC）材料耐压、耐温更高，因此用碳化硅做成的MOSFET就可以直接媲美IGBT的电压、电流承载能力，而无需再使用更为复杂的IGBT结构。在电动汽车、轨道交通领域，商品化的基于SiC-MOSFET的变换器已经投入市场了。当然，理论上碳化硅材料和IGBT结构也是可以结合的，其电压、电流也会上升一个等级。

审核编辑：汤梓红