IGBT在电力领域的广泛应用

现代绝缘栅双极晶体管（IGBT）常常被用作电压控制的双极器件，具有类似金属氧化物半导体（MOS）的输入特性和双极输出特性。IGBT的引入使电子工程师能够充分利用功率MOS场效应晶体管（MOSFET）和小信号双极晶体管（BJT）的优点，将功率MOSFET和BJT元件的功能结合到单一硬件中。其结构融合了MOSFET的简单门控特性和双极晶体管的高电流和低饱和电压能力。

“绝缘栅”一词描述了MOSFET的输入的高输入阻抗，因为它使用其栅端的电压而不是外部电源。而“双极”则描述了BJT的输出区域，电流通过两种载流子流动：电子和空穴。因此，它能够用很小的信号电压管理巨大的电流和电压。因为它的混合结构，IGBT是一种电压控制器件。

IGBT在电力领域中的价值

IGBT在电力电子领域广泛应用，尤其在需要在宽速度范围内精确控制且背景噪音最小的脉冲宽度调制（PWM）伺服和三相驱动中。这些器件还可以用于需要频繁开关的电源电路，如不间断电源（UPS）和开关电源（SMPS）系统。IGBT提高了效率并减少了噪音，在汽车、卡车的逆变器电路以及工业电机和家用电器如空调和冰箱中表现更加动态。

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此外，IGBT也广泛用于可再生能源系统，如太阳能和风能逆变器，它们有助于将直流电能高效地转换为交流电能，用于家庭和企业。它们可以处理高电压和电流水平，因此非常适合这些应用。这项技术在谐振模式变流器电路和感应炉中同样表现出色。商业可用的IGBT具有低开关和导通损耗。

IGBT的我们生活中常见的用途

让我们以感应加热电路为例。感应加热中使用零电压开关或零电流开关来最小化开关损耗。由于存在高谐振电压或电流，因此通常首选IGBT作为开关。特别是感应微波炉、感应电饭煲和其他感应烹饪设备都是由于使用了IGBT而成为可能。同样，在UPS系统中，IGBT有中型和大型容量（数kVA或更大容量）型号，既节省空间又高效。

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另一个例子是电压源变换器（VSC）。IGBT具有高电压和电流额定值，这允许实现无法通过晶闸管实现的控制水平和灵活性。它们的使用支持多端口直流线的实施，并且通过PWM和多层变流器技术减少了在变流器交流侧过滤电流谐波的困难。由于IGBT的不懈进步，高电压直流（HVDC）采用VSC在更高的电压和电流下变得更加普及，因此对于较短的线路来说，直流线路成为更有吸引力的选择，因为它们允许更好地控制电网上的流动路径。

IGBT相对于BJT和MOSFET有哪些优势

1.电导调制导致极小的通态电压降，以及高通态电流密度。这允许减小芯片尺寸和价格。

2.输入MOS栅排布提供了低驱动功率能力和简单的驱动电路。在高电流和电压应用中，这使得比起电流控制器件，简化了调节。

3.安全操作区域大。与双极晶体管相比，它在导电方面更为出色，并在正向和反向阻断能力方面表现卓越。

结论，IGBT 是压控双极器件，具有类似 MOS 的输入特性和双极输出特性，用于逆变器、UPS、VSC 和感应加热电路等电力电子电路。商用IGBT具有较低的开关和导通损耗，与BJT和MOSFET相比具有许多优点，例如通态压降小、通态电流密度高、驱动功率低、调节更简单、安全工作区大以及优越的性能。正向和反向阻塞能力。此外，IGBT 具有快速开关速度，能够处理高功率水平，使其非常适合用于高压直流输电系统等电力电子应用。

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审核编辑 黄宇