IGBT的作用及應(yīng)用！

在功能方面，IGBT是一種電路開關(guān)，用于幾十到幾百伏、幾十到幾百安的高壓。(相比之下，手機(jī)和計(jì)算機(jī)電路板上的運(yùn)行電壓較低，傳輸信號(hào)是屬于弱電的主要部分。)它可以被認(rèn)為是晶體管，電壓和電流太大。

家里的燈開關(guān)由按鈕控制。IGBT不使用機(jī)械按鈕。它是由計(jì)算機(jī)控制的。具體地說(shuō)，IGBT的簡(jiǎn)化模型有三個(gè)接口，兩個(gè)（集電極和發(fā)射極）連接到高壓電路，和一個(gè)接收信號(hào)，稱為柵極。給柵極一個(gè)高電平信號(hào)，開關(guān)（在集電極和發(fā)射極之間）就會(huì)接通；然后給一個(gè)低電平信號(hào)，開關(guān)就會(huì)斷開。到柵極的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)(即，僅處于高和低狀態(tài))。電壓很低，屬于弱電流。它可以通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路連接到計(jì)算機(jī)。實(shí)際的“計(jì)算機(jī)”通常被稱為DSP微處理器，它擅長(zhǎng)處理數(shù)字信號(hào)，并且相對(duì)緊湊。

有許多種高壓開關(guān)可以用數(shù)字信號(hào)控制。IGBT作為其中的一種，其特點(diǎn)是在電流和電壓水平下具有最高的開關(guān)速度，每秒可以開關(guān)數(shù)萬(wàn)次。GTO以前也用于軌道交通列車，但其開關(guān)速度低，損耗高。現(xiàn)在它只能在最大電壓和電流超過(guò)IGBT的耐久范圍時(shí)才能使用。IGCT本質(zhì)上也是GTO，但其結(jié)構(gòu)已經(jīng)優(yōu)化。開關(guān)速度和最大電壓電流在GTO和IGBT之間。大功率MOSFET速度快，但不能承受這么大的電壓和電流，否則會(huì)燒壞。

這么快的轉(zhuǎn)換有什么用？

一般的強(qiáng)電流只有50Hz的交流，變壓器可以改變它的電壓，但不能改變它的頻率，不能把它變成直流。利用IGBT開關(guān)，可以設(shè)計(jì)一種電路。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制IGBT，可將電源側(cè)的交流電流轉(zhuǎn)換為給定電壓的直流電流，或?qū)⒏鞣N電力轉(zhuǎn)換為負(fù)載使用所需頻率的交流電流。這種電路叫做轉(zhuǎn)換器。把交流電轉(zhuǎn)換成直流的電路叫做整流器；把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電路叫做逆變器；把直流電轉(zhuǎn)換成直流電的電路叫做開關(guān)電源；把三相交流電轉(zhuǎn)換成交流銅的電路。rrent稱為矩陣變換器。

如何實(shí)現(xiàn)它？

需要談?wù)凱WM的概念，在這里我可能不是很清楚。你有沒有見過(guò)家里的照明燈接觸不良時(shí)閃爍得很快？閃光燈好像沒亮嗎?這是因?yàn)殚W爍的燈點(diǎn)亮0.1秒，然后熄滅0.1秒?？偣?.2秒，它只發(fā)出0.1秒的正常光，所以看起來(lái)很暗。強(qiáng)電本質(zhì)上是電的傳輸，所以這個(gè)原理也可以使用。如果電器中的電流幾乎不變，300V電壓在第一個(gè)0.2秒內(nèi)被連接，0V電壓在第二個(gè)0.1秒內(nèi)被連接，那么在接下來(lái)的0.3秒內(nèi)它將等效于電器兩端的200V電壓。我們稱這個(gè)300V的電壓，只持續(xù)0.2秒，為一個(gè)脈沖。通過(guò)在0.3秒內(nèi)改變脈沖所占的時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)此時(shí)的等效電壓在0-300V內(nèi)成為任意值，即所謂的脈寬調(diào)制（PWM）。電壓從高到低的總變化時(shí)間越短，電壓越接近等效電壓。

維基百科日語(yǔ)中的圖表說(shuō)明了通過(guò)PWM獲得不同直流電壓的方法。

維基百科日語(yǔ)的一幅圖片說(shuō)明了通過(guò)PWM獲得不同電壓和頻率的交流電的方法。

當(dāng)然，您會(huì)問(wèn)，為什么電器中的電流幾乎不變，因?yàn)殚_關(guān)沒有與電器直接串聯(lián)。實(shí)際的轉(zhuǎn)換器電路將稍微復(fù)雜一些，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，另一個(gè)電路將自動(dòng)激活，以確保電流是連續(xù)的。（還有反轉(zhuǎn)電路，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電源是從電源到電器的，而當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)，電源不是從電源來(lái)的。）如果您沒有學(xué)習(xí)過(guò)電容電感和二極管，您可以知道這就是這種情況。

簡(jiǎn)而言之，我現(xiàn)在有一個(gè)強(qiáng)電流，它的電壓和頻率由我控制。這種強(qiáng)電可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)。目前，交流電動(dòng)機(jī)在高速鐵路中得到廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省電，但速度難以調(diào)節(jié)。幸運(yùn)的是，其速度與輸入交流電源的頻率密切相關(guān)，因此可以使用IGBT變換器產(chǎn)生強(qiáng)電壓和控制頻率以靈活控制電機(jī)的速度。反映在高速鐵路上，是高速列車的速度。這叫做VVVF。

除了高速鐵路，如電動(dòng)車輛，變頻空調(diào)，風(fēng)力渦輪機(jī)和許多其他場(chǎng)合使用的交流電動(dòng)機(jī)，IGBT和匹配電路被用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)。在太陽(yáng)能發(fā)電廠和電能存儲(chǔ)領(lǐng)域，IGBT主要用于交流和直流轉(zhuǎn)換。