通俗易懂地了解IGBT.doc

通俗易懂地了解IGBT“IGBT是什么?都在哪里有應(yīng)用?”從功能上來說，IGBT就是一個電路開關(guān)，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的。(相對而言，手機、電腦電路板上跑的電電壓低，以傳輸信號為主，都屬于弱電。)可以認為就是一個晶體管，電壓電流超大而已。家里的電燈開關(guān)是用按鈕控制的。IGBT不用機械按鈕，它是由計算機控制的。具體點說，IGBT的簡化模型有3個接口，有兩個(集電極、發(fā)射極)接在強電電路上，還有一個接收控制電信號，叫作門極。給門極一個高電平信號，開關(guān)(集電極與發(fā)射極之間)就通了;再給低電平信號，開關(guān)就斷了。給門極的信號是數(shù)字信號(即只有高和低兩種狀態(tài))，電壓很低，屬于弱電，只要經(jīng)過一個比較簡單的驅(qū)動電路就可以和計算機相連。實際用的“計算機”通常是叫作DSP的微處理器，擅長處理數(shù)字信號，比較小巧。這種可以用數(shù)字信號控制的強電開關(guān)還有很多種。作為其中的一員，IGBT的特點是，在它這個電流電壓等級下，它支持的開關(guān)速度是最高的，一秒鐘可以開關(guān)幾萬次。GTO以前也用在軌道交通列車上，但是GTO開關(guān)速度低，損耗大，現(xiàn)在只有在最大電壓電流超過IGBT承受范圍才使用;IGCT本質(zhì)上也是GTO，不過結(jié)構(gòu)做了優(yōu)化，開關(guān)速度和最大電壓電流都介于GTO和IGBT之間;大功率mosFET快是快，但不能支持這么大的電壓電流，否則會燒掉。要這么快的開關(guān)干什么用?常見的強電只有50Hz的交流電，變壓器能變它的電壓，但是不能改變它的頻率，不能把它變成直流。而有了IGBT這種開關(guān)，就可以設(shè)計出一類電路，通過計算機控制IGBT，把電源側(cè)的交流電變成給定電壓的直流電，或是把各種電變成所需頻率的交流電，給負載使用。這類電路統(tǒng)稱變換器。把交流電變成直流電的電路叫做整流器;把直流電變成交流電的叫做逆變器;直流變直流的叫開關(guān)電源;三相交流變交流的叫矩陣變換器。怎么實現(xiàn)的?需要講一下PWM的概念，這里我可能說的不是很清楚。題主見沒見過家里的照明燈接觸不良的時候快速閃爍?閃爍的燈看起來沒有正常的燈亮吧?這是因為閃爍的燈亮0.1秒，又滅0.1秒，總共0.2秒的時間內(nèi)它只發(fā)出了正常燈0.1秒的光能，所以顯得暗。強電本質(zhì)上是傳輸電能，所以也可以利用這個原理。如果用電器內(nèi)的電流幾乎不變，用電器前0.2秒接了300V的電壓，后0.1秒接了0V的電壓，那在0.3秒內(nèi)，它就等效于用電器兩端始終接著200V的電壓。我們管這個只持續(xù)0.2秒的300V電壓叫脈沖，通過改脈沖在0.3秒內(nèi)占據(jù)的時間，就可以實現(xiàn)等效電壓在這個時刻內(nèi)成為0300V內(nèi)的任何一個值，即所謂的脈寬調(diào)制(PWM)。電壓一高一低變化的總時間越短，從宏觀上看電壓越接近等效電壓。維基百科日文的一張圖，圖示了通過PWM，得到不同電壓直流電的方法。維基百科日文的一張圖，圖示了通過PWM，得到不同電壓、頻率的交流電的方法。當(dāng)然你會問開關(guān)都斷開了，為啥用電器里的電流幾乎不變，那是因為開關(guān)不是直接和用電器串聯(lián)的。實際的變換器電路會稍有些復(fù)雜，開關(guān)斷開時，有另一條電路會自動啟用，保證電流是連續(xù)的。(也有反過來的電路，開關(guān)斷開時反而從電源給用電器供電，合上時不從電源供電。)要是沒學(xué)過電容電感和二極管的話，知道有這么回事兒就可以了總之，我現(xiàn)在有了電壓、頻率都受我控制的強電了。這個強電就可以用來驅(qū)動高鐵的電機?，F(xiàn)在高鐵使用的都是交流電機，它結(jié)構(gòu)簡單且省電，但是轉(zhuǎn)速很難調(diào)整。好在它的轉(zhuǎn)速和輸入交流電源的頻率有很密切的關(guān)系，所以就可以用使用IGBT的變換器搞出電壓、頻率受控的強電，來靈活控制電機的轉(zhuǎn)速。反映到高鐵上，就是高鐵列車的車速。這就是所謂的變壓變頻控制(VVVF)。除了高鐵，像電動汽車、變