IGBT的作用及應用！

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

家里的燈開(kāi)關(guān)由按鈕控制。IGBT不使用機械按鈕。它是由計算機控制的。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，稱(chēng)為柵極。給柵極一個(gè)高電平信號，開(kāi)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，開(kāi)關(guān)就會(huì )斷開(kāi)。到柵極的信號是數字信號(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)相對簡(jiǎn)單的驅動(dòng)電路連接到計算機。實(shí)際的“計算機”通常被稱(chēng)為DSP微處理器，它擅長(cháng)處理數字信號，并且相對緊湊。

有許多種高壓開(kāi)關(guān)可以用數字信號控制。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(kāi)關(guān)速度，每秒可以開(kāi)關(guān)數萬(wàn)次。GTO以前也用于軌道交通列車(chē)，但其開(kāi)關(guān)速度低，損耗高?，F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，但其結構已經(jīng)優(yōu)化。開(kāi)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。

這么快的轉換有什么用？

一般的強電流只有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(kāi)關(guān)，可以設計一種電路。通過(guò)計算機控制IGBT，可將電源側的交流電流轉換為給定電壓的直流電流，或將各種電力轉換為負載使用所需頻率的交流電流。這種電路叫做轉換器。把交流電轉換成直流的電路叫做整流器；把直流電轉換成交流電的電路叫做逆變器；把直流電轉換成直流電的電路叫做開(kāi)關(guān)電源；把三相交流電轉換成交流銅的電路。rrent稱(chēng)為矩陣變換器。

如何實(shí)現它？

需要談?wù)凱WM的概念，在這里我可能不是很清楚。你有沒(méi)有見(jiàn)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(méi)亮嗎?這是因為閃爍的燈點(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秒內被連接，0V電壓在第二個(gè)0.1秒內被連接，那么在接下來(lái)的0.3秒內它將等效于電器兩端的200V電壓。我們稱(chēng)這個(gè)300V的電壓，只持續0.2秒，為一個(gè)脈沖。通過(guò)在0.3秒內改變脈沖所占的時(shí)間，可以實(shí)現此時(shí)的等效電壓在0-300V內成為任意值，即所謂的脈寬調制（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。

當然，您會(huì )問(wèn)，為什么電器中的電流幾乎不變，因為開(kāi)關(guān)沒(méi)有與電器直接串聯(lián)。實(shí)際的轉換器電路將稍微復雜一些，當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，另一個(gè)電路將自動(dòng)激活，以確保電流是連續的。（還有反轉電路，當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電源是從電源到電器的，而當電源關(guān)閉時(shí)，電源不是從電源來(lái)的。）如果您沒(méi)有學(xué)習過(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，我現在有一個(gè)強電流，它的電壓和頻率由我控制。這種強電可以用來(lái)驅動(dòng)高速電機。目前，交流電動(dòng)機在高速鐵路中得到廣泛應用。結構簡(jiǎn)單，省電，但速度難以調節。幸運的是，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)生強電壓和控制頻率以靈活控制電機的速度。反映在高速鐵路上，是高速列車(chē)的速度。這叫做VVVF。

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