一顆指甲蓋大小的IGBT芯片，就能流過(guò)約200A的電流—工作原理作用

IGBT是一個(gè)超級電子開(kāi)關(guān)，它能耐受超高電壓。

我們家中插座里的市電交流電電壓是220V，而薄如紙張的IGBT芯片能承受的電壓最高可達6500V。我們一般家庭里家用電器全部開(kāi)啟最大電流也不會(huì )超過(guò)30A，而一顆指甲蓋大小的IGBT芯片就能流過(guò)約200A的電流!

下圖是安裝在基板上的4個(gè)IGBT芯片和4個(gè)二極管芯片。

但是，像這樣裸露的芯片是不能直接用的。我們需要把芯片再封裝到一個(gè)外殼里面，外殼中再填充絕緣的材料，把芯片的電極引到外端子上，就形成了能夠使用的IGBT產(chǎn)品。

有的外殼里只有一顆IGBT芯片，有的可能會(huì )十幾顆，二十幾顆芯片。于是，就形成了各種各樣的IGBT單管和模塊。單管封裝的IGBT的最大電流在100A左右，IGBT模塊的最大額定電流可以達到3600A！

電路圖中的IGBT我們一般用下圖來(lái)表示，G表示門(mén)極gate，它用來(lái)接收指令。C表示集電極collector，E表示發(fā)射極emitter，集電極和發(fā)射極用來(lái)導通電流。平時(shí)IGBT是截止的，一旦門(mén)極接收到一個(gè)開(kāi)通指令，電流就會(huì )源源不斷地從集電極到發(fā)射極之間流過(guò)。

就好比你家里墻上的開(kāi)關(guān)，按一下，開(kāi)關(guān)閉合，電燈亮起；再按一下，電燈熄滅

當然，操作IGBT，不再是手，而是電子脈沖。

高電平來(lái)臨時(shí)，器件開(kāi)通；低電平來(lái)臨時(shí)，器件就關(guān)斷

手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)，可能一秒鐘一兩次，而我們的電子開(kāi)關(guān)，一秒鐘可以開(kāi)關(guān)上萬(wàn)次，幾十萬(wàn)次！這就是我們需要電子開(kāi)關(guān)，也就是功率器件的原因。

IGBT的開(kāi)通特性

IGBT的開(kāi)通特性如上圖所示，可以通過(guò)半橋電路測試。IGBT VT2在一定的時(shí)間段t1內開(kāi)通。根據這個(gè)時(shí)間周期和電感L的大小，決定流過(guò)負載及IGBT集電極電流的大小。

IGBT VT2在t1時(shí)刻關(guān)斷，電流I換流到二極管VD1(t1時(shí)刻用以描述IGBT關(guān)斷行為。一旦時(shí)間到達t2，IGBT VT2再次被開(kāi)通，這個(gè)時(shí)刻用來(lái)描述IGBT的開(kāi)通行為。忽略負載電阻和二極管的壓降，IGBT VT2在開(kāi)通之前承受所有的直流母線(xiàn)電壓UDC。

IGBT開(kāi)通過(guò)程如上圖所示。在IGBT VT2開(kāi)通后，柵極-集電極電壓UGE開(kāi)始上升。在時(shí)間t3處，UGE上升到閾值電壓UGE(TO)，這時(shí)集電極電流IC開(kāi)始上升。集電極電流的上升產(chǎn)生了電流變化率diF/dt，同時(shí)由于換流通路中的雜散電感，導致集-射電壓UCE迅速下降，即

在t4時(shí)刻，集電極電流IC已經(jīng)上升到由電感大小決定的額定值。然而，這時(shí)二極管開(kāi)始關(guān)斷，由于二極管的反向恢復特性，IC繼續增大。最大集電極電流IC，max的值是由以下因素決定的:

• 二極管的設計;

• IGBT的外圍部件(比如驅動(dòng)電路)，這些外圍電路會(huì )影響電流變化率diC/dt和diF/dt。驅動(dòng)電阻越大，diF/dt就越低,因而最大集電極電流就越低;

• 結溫Tvj;

• 直流母線(xiàn)電壓UDC。
  如果其他參數保持不變，負載電流對IC，max的大小沒(méi)有影響。