功率電子器件是PCS的核心組成部分，主要實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和控制。而IGBT就是最為常用的功率器件，今天我們主要來學(xué)習(xí)IGBT。

什么是IGBT

絕緣柵雙極晶體管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）綜合了電力晶體管（Giant Transistor—GTR）和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power MOSFET）的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性，應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛；IGBT也是三端器件：柵極，集電極和發(fā)射極。

以上是官方介紹：絕緣柵雙極晶體管的英文簡(jiǎn)稱叫做IGBT，IGBT綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)勢(shì)，GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。

簡(jiǎn)單來說：IGBT是一種大功率的電力電子器件，是一個(gè)非通即斷的開關(guān)，IGBT沒有放大電壓的功能，導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線，斷開時(shí)當(dāng)做開路。其最大的特點(diǎn)就是高壓、大電流、高速。

IGBT的組成

IGBT通常具有三個(gè)端子：集電極、發(fā)射極和柵極。集電極和發(fā)射極都帶有金屬層，而柵極上的金屬材料包含二氧化硅層。IGBT實(shí)際上是一個(gè)由四層半導(dǎo)體構(gòu)成的器件，其中包括PNP和NPN晶體管的排列。

IGBT模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.散熱基板：位于底部，主要用于有效傳導(dǎo)IGBT開關(guān)產(chǎn)生的熱量。

2.DBC基板：全稱直接銅覆蓋基板，由三層組成。中間是陶瓷絕緣層，上下覆蓋著銅層。簡(jiǎn)而言之，它是一個(gè)絕緣材料，在兩側(cè)貼上一層銅，并在正面刻蝕出導(dǎo)電圖案，背面與散熱基板直接連接，因此無需刻蝕。

3.IGBT芯片：是模塊的核心部分。

4.二極管芯片：電流方向與IGBT相反，用于反并聯(lián)。

5.鍵合線：常用于連接IGBT芯片、二極管芯片和DBC基板上的銅層。通常有兩種常用鍵合線材料，鋁線和銅線。

IGBT的****原理

IGBT的主要工作原理是通過控制門極電壓來控制空穴和電子在半導(dǎo)體層中的流動(dòng)，從而控制器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。

當(dāng)門極電壓為正電壓時(shí)，門極區(qū)域的空穴和電子向晶體管的基極和發(fā)射極移動(dòng)，形成電流通路，使IGBT導(dǎo)通。

當(dāng)門極電壓為負(fù)電壓時(shí)，門極區(qū)域的空穴和電子向相反的方向移動(dòng)，形成電流斷路，使IGBT關(guān)斷。

IGBT的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、處理電壓和電流的能力很強(qiáng)。

2、輸入阻抗極高。

3、用非常低的電壓切換非常高的電流。

4、沒有輸入電流和低輸入損耗，導(dǎo)通電阻非常低。

5、柵極驅(qū)動(dòng)的要求較低

6、通過施加正電壓可以很容易地打開它，通過施加零電壓或稍微負(fù)電壓可以很容易地關(guān)閉它。

7、電流密度高，使其能夠具有更小的芯片尺寸。

8、具有比 BJT 和 MOS 管更高的功率增益，并且比BJT的開關(guān)速度更高。

9、可以使用低控制電壓切換高電流電平。

10、雙極性質(zhì)，增強(qiáng)了傳導(dǎo)性，安全性更有保證。

缺點(diǎn)

1、開關(guān)速度低于 MOS管。

2、IGBT在沒有附加電路的情況下無法處理AC波形。

3、不能阻擋更高的反向電壓。

4、比 BJT 和 MOS管價(jià)格更高。

5、IGBT結(jié)構(gòu)類似于晶閘管的P-N-P-N結(jié)構(gòu)，所以它存在鎖存問題

IGBT在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用

30-60碳達(dá)峰碳中和政策帶動(dòng)了儲(chǔ)能的大力發(fā)展，再次基礎(chǔ)上以光伏和風(fēng)電為代表的新能源發(fā)電的裝機(jī)量大幅增長(zhǎng)，太陽能發(fā)電中 DC-DC 直流轉(zhuǎn)換器和光伏逆變器均需要用到 IGBT 作為功率開關(guān)。逆變器的效率很大程度上取決于設(shè)計(jì)使用的元器件，元器件的性能可以由功率損耗來衡量，功率損耗分為導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。

IGBT 適用于較低開關(guān)頻率和大電流的應(yīng)用，大電流下 IGBT 的導(dǎo)通損耗比 MOSFET 更低，MOSFET 有能力滿足高頻、小電流的應(yīng)用，具有更低的開關(guān)損耗，更適合開關(guān)頻率在 100KHz 以上的逆變器模塊。

從逆變器類別來看，由于微型及單相逆變器功率較小，一般采用 IGBT 單管方案為主，高功率三相逆變器 則采用 IGBT 模塊，低功率三相逆變器則兩種方案都有采用。