IGBT在電力電子行業能起到什么作用？

IBGT是英文單詞Insulated Gate Bipolar Transistor縮寫而成，它的中文意思是絕緣柵雙極型晶體管。IGBT是以GTR為主導元件，MOSFET為驅動元件的達林頓結構的復合器件。其外部有三個電極，分別為G-柵極，C-集電極，E-發射極。由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的IGBT，具有MOSFET輸入阻抗高、柵極易驅動和雙極型晶體管電流密度大、功率密度高的優勢。

 

從功能上來說，IGBT就是一個電路開關，優點就是用電壓控制，飽和壓降小，耐壓高。可以用在電壓幾十到幾百伏量級、電流幾十到幾百安量級的強電上。

 

從結構上講，IGBT主要有三個發展方向：

 

1、IGBT縱向結構：非透明集電區NPT型、帶緩沖層的PT型、透明集電區NPT型和FS電場截止型；

 

2、IGBT柵極結構：平面柵機構、Trench溝槽型結構；

 

3、硅片加工工藝：外延生長技術、區熔硅單晶；

 

按照封裝工藝來看，IGBT模塊主要可分為焊接式與壓接式兩類。高壓IGBT模塊一般以標準焊接式封裝為主，中低壓IGBT模塊則出現了很多新技術，如燒結取代焊接，壓力接觸取代引線鍵合的壓接式封裝工藝。

 

隨著IGBT芯片技術的不斷發展，芯片的最高工作結溫與功率密度不斷提高，IGBT模塊技術也要與之相適應。未來IGBT模塊技術將圍繞“芯片背面焊接固定”與“正面電極互連”兩方面改進。

 

IGBT的主要應用領域

 

作為新型功率半導體器件的主流器件，IGBT已廣泛應用于工業、4C（通信、計算機、消費電子、汽車電子）、航空航天、國防軍工等傳統產業領域，以及軌道交通、新能源、智能電網、新能源汽車等戰略性新興產業領域。

其中，IGBT單管主要應用于小功率家電，分布式光伏逆變器等小功率變頻器等領域，IGBT模塊由于其高度集成性和可靠性，容量相同的前提下有更小的體積和更輕的重量，易于安裝而且散熱穩定，應用于大功率變頻器，新能源汽車中功率消耗較大的（充電樁，電機控制器等）模塊；而IPM模塊重點專注于通過調節輸出電流的幅值和控制電機的轉速改變頻率，適用于各類變頻家電如洗衣機，空調等。據IHS Markit數據顯示：IGBT模塊目前市場應用率最高，應用占比超過50%。

 

一、IGBT應用在軌道交通中：

 

IGBT器件已成為軌道交通車輛牽引變流器和各種輔助變流器的主流電力電子器件。交流傳動技術是現代軌道交通的核心技術之一，在交流傳動系統中牽引變流器是關鍵部件，而IGBT又是牽引變流器最核心的器件之一。

 

二、IGBT應用在智能電網中：

 

IGBT廣泛應用于智能電網的發電端、輸電端、變電端及用電端：從發電端來看，風力發電、光伏發電中的整流器和逆變器都需要使用IGBT模塊。從輸電端來看，特高壓直流輸電中FACTS柔性輸電技術需要大量使用IGBT等功率器件。從變電端來看，IGBT是電力電子變壓器（PET）的關鍵器件。從用電端來看，家用白電、 微波爐、 LED照明驅動等都對IGBT有大量的需求。

 

三、應用在變頻器中：

 

IGBT是變頻器的核心器件，作用是將直流變為交流供電機使用，與其它電力電子器件相比，IGBT具有高可靠性、驅動簡單、保護容易、不用緩沖電路和開關頻率高等特點，鑒于此，開發高電壓、大電流、頻率高的高壓IGBT并將其應用到變頻調速器中以獲得輸出電壓等級更高的裝置成為人們關注的焦點。中壓變頻器的研發與電力電子器件如高壓IGBT、GTO、IGCT等器件研制水平和應用水平密切相關，隨著高電壓、大電流IGBT的面世，給中壓變頻器注入了新的活力。

 

四、IGBT應用在新能源汽車中：

 

IGBT模塊在電動汽車中發揮著至關重要的作用，是電動汽車及充電樁等設備的核心技術部件。IGBT模塊占電動汽車成本將近10％，占充電樁成本約20％。IGBT主要應用于電動汽車領域中以下幾個方面：電動控制系統 大功率直流／交流（DC／AC）逆變后驅動汽車電機；車載空調控制系統 小功率直流／交流（DC／AC）逆變，使用電流較小的IGBT和FRD；充電樁、智能充電樁中IGBT模塊被作為開關元件使用。