通俗易懂地了解IGBT

通俗易懂地了解IGBT“IGBT是什么?都在哪里有应用?”从功能上来说，IGBT就是一个电路开关，用在电压几十到几百伏量级、电流几十到几百安量级的强电上的。(相对而言，手机、电脑电路板上跑的电电压低，以传输信号为主，都属于弱电。)可以认为就是一个晶体管，电压电流超大而已。家里的电灯开关是用按钮控制的。IGBT不用机械按钮，它是由计算机控制的。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。给门极的信号是数字信号(即只有高和低两种状态)，电压很低，属于弱电，只要经过一个比较简单的驱动电路就可以和计算机相连。实际用的“计算机”通常是叫作DSP的微处理器，擅长处理数字信号，比较小巧。这种可以用数字信号控制的强电开关还有很多种。作为其中的一员，IGBT的特点是，在它这个电流电压等级下，它支持的开关速度是最高的，一秒钟可以开关几万次。GTO以前也用在轨道交通列车上，但是GTO开关速度低，损耗大，现在只有在最大电压电流超过IGBT承受范围才使用;IGCT本质上也是GTO，不过结构做了优化，开关速度和最大电压电流都介于GTO和IGBT之间;大功率mosFET快是快，但不能支持这么大的电压电流，否则会烧掉。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，不能把它变成直流。而有了IGBT这种开关，就可以设计出一类电路，通过计算机控制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，给负载使用。这类电路统称变换器。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;直流变直流的叫开关电源;三相交流变交流的叫矩阵变换器。怎么实现的?需要讲一下PWM的概念，这里我可能说的不是很清楚。题主见没见过家里的照明灯接触不良的时候快速闪烁?闪烁的灯看起来没有正常的灯亮吧?这是因为闪烁的灯亮0.1秒，又灭0.1秒，总共0.2秒的时间内它只发出了正常灯0.1秒的光能，所以显得暗。强电本质上是传输电能，所以也可以利用这个原理。如果用电器内的电流几乎不变，用电器前0.2秒接了300V的电压，后0.1秒接了0V的电压，那在0.3秒内，它就等效于用电器两端始终接着200V的电压。我们管这个只持续0.2秒的300V电压叫脉冲，通过改脉冲在0.3秒内占据的时间，就可以实现等效电压在这个时刻内成为0300V内的任何一个值，即所谓的脉宽调制(PWM)。电压一高一低变化的总时间越短，从宏观上看电压越接近等效电压。维基百科日文的一张图，图示了通过PWM，得到不同电压直流电的方法。维基百科日文的一张图，图示了通过PWM，得到不同电压、频率的交流电的方法。当然你会问开关都断开了，为啥用电器里的电流几乎不变，那是因为开关不是直接和用电器串联的。实际的变换器电路会稍有些复杂，开关断开时，有另一条电路会自动启用，保证电流是连续的。(也有反过来的电路，开关断开时反而从电源给用电器供电，合上时不从电源供电。)要是没学过电容电感和二极管的话，知道有这么回事儿就可以了总之，我现在有了电压、频率都受我控制的强电了。这个强电就可以用来驱动高铁的电机。现在高铁使用的都是交流电机，它结构简单且省电，但是转速很难调整。好在它的转速和输入交流电源的频率有很密切的关系，所以就可以用使用IGBT的变换器搞出电压、频率受控的强电，来灵活控制电机的转速。反映到高铁上，就是高铁列车的车速。这就是所谓的变压变频控制(VVVF)。除了高铁，像电动汽车、变