英飞凌资深工程师曲工讲IGBT用法

IGBT，电力电子的CPU！小小功率半导体器件，却在很多电力电子相关的领域发挥着巨大的作用。近年来，IGBT发展迅猛，英飞凌以及日本厂商不断针对各类应用推出IGBT新品，国内厂商也不甘落后，比如比亚迪，华为等也都加入了IGBT的战场，竞争越来越激烈。
IGBT如何使用，难倒不少工程师。它的使用技巧，在去年的英飞凌汽车电子开发者大会（IADC）上，英飞凌资深工程师曲工，就从原厂角度跟大家详细分享了IGBT用法——
没看明白？那本文就从0开始，一文带大家彻底读懂IGBT： IGBT是什么？
IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由BJT(双极结型晶体三极管) 和 MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件，具有自关断的特征。简单讲，是一个非通即断的开关，用在电压几十到几百伏上千伏量级、电流几十到几百安量级的强电上的。（相对而言，手机、电脑电路板上跑的电压低，以传输信号为主，都属于弱电。）

IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。再简单点，可以认为IGBT就是一个晶体管，只不过是它的电压电流超大而已。IGBT的内部结构以及电路符号如下图
IGBT结构图

在电路中使用IGBT，我们就可以像控制三级管、MOS管一样，可以通过控制IGBT的三极电压大小，从而实现对IGBT三种状态控制（导通/关断/阻断状态）。1）当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。2）当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。3）当集-射极电压UCE＞0时，分两种情况：情况1：若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。情况2：若栅-射极电压UGE＞Uth ，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常工作）。此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降低。这时，有人会有疑问了，MOS管也是晶体管，也是有三极，也是可以作为开关来用，这两个如何选择呢？下面就从系统的电压、电流、切换功率等因素作为考虑，总结出两者的不同之处：

IGBT用在哪里？在较大输出功率的场合，比如工业领域中的变频器、UPS电源、EPS电源，新能源发电领域中的风能发电、太阳能发电，新能源汽车领域的充电桩、电动控制、车载空调里，随处都可以看到IGBT的身影。

在新能源汽车中，IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。

在这些应用中，IGBT通常是以模块的形式存在，由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。使用模块的优点是IGBT已封装好，安装非常方便，并且外壳上具有散热装置，大功率工作时散热快。
使用IGBT的注意事项
英飞凌曲工给工程师们的建议：使用IGBT的时候，首先要关注原厂提供的数据、应用手册。在数据手册中，尤其要关注的是IGBT重要参数，如静态参数、动态参数、短路参数、热性能参数。这些参数会告知我们IGBT的绝对值，就是绝对不能超越的。设计完之后，在工作时 IGBT的参数也是同样需要保证在合理数据范围之内。除了IGBT技术，达尔闻在IADC大会上还对多位汽车电子企业一线工程师进行了专访，包含整车控制器、电机控制器、电池管理系统、智能信息终端控制器等解决方案。