現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場效應晶體管（MOSFET）和小信號雙極晶體管（BJT）的優點，將功率MOSFET和BJT元件的功能結合到單一硬件中。其結構融合了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。因為它的混合結構，IGBT是一種電壓控制器件。

IGBT在電力領域中的價值

IGBT在電力電子領域廣泛應用，尤其在需要在寬速度范圍內精確控制且背景噪音最小的脈沖寬度調制（PWM）伺服和三相驅動中。這些器件還可以用于需要頻繁開關的電源電路，如不間斷電源（UPS）和開關電源（SMPS）系統。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電機和家用電器如空調和冰箱中表現更加動態。

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

IGBT的我們生活中常見的用途

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

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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，這允許實現無法通過晶閘管實現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和多層變流器技術減少了在變流器交流側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上的流動路徑。

IGBT相對于BJT和MOSFET有哪些優勢

1.電導調制導致極小的通態電壓降，以及高通態電流密度。這允許減小芯片尺寸和價格。

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

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

結論，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 和感應加熱電路等電力電子電路。商用IGBT具有較低的開關和導通損耗，與BJT和MOSFET相比具有許多優點，例如通態壓降小、通態電流密度高、驅動功率低、調節更簡單、安全工作區大以及優越的性能。正向和反向阻塞能力。此外，IGBT 具有快速開關速度，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等電力電子應用。

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審核編輯 黃宇