自20世紀(jì)80年代末開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，IGBT（絕緣柵雙極晶體管）經(jīng)歷了快速發(fā)展。它不僅取代了工業(yè)應(yīng)用中的MOS、GTR等器件，也逐漸取代了消費(fèi)電子應(yīng)用中廣泛使用的BJT、MOS等功率器件，甚至在原本由SCR、SCR為主的大功率領(lǐng)域占有一席之地。GTO、IGBT作為新型功率半導(dǎo)體器件的代表，是國(guó)際上廣泛認(rèn)可的第三次電力電子技術(shù)革命的典型產(chǎn)物。

IGBT已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車電子、航空航天、國(guó)防軍工等傳統(tǒng)行業(yè)，同時(shí)也應(yīng)用于軌道交通、新能源、智能電網(wǎng)、新能源汽車等戰(zhàn)略性領(lǐng)域新興產(chǎn)業(yè)。

新能源汽車

IGBT在電動(dòng)汽車、充電樁等設(shè)備中發(fā)揮著核心技術(shù)作用。在電動(dòng)汽車中，IGBT主要應(yīng)用于電控系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)大功率DC/AC變頻電機(jī)。此外，它還用作汽車空調(diào)控制系統(tǒng)和智能充電樁中的開(kāi)關(guān)元件。

IGBT在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中約占一半的成本比例，不僅體現(xiàn)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)上，還延伸到新能源發(fā)電、空調(diào)等領(lǐng)域。以特斯拉 Model 3 為例，其動(dòng)力來(lái)源來(lái)自裝載有 7000 節(jié) 18650 電池的電池組。這些電池重900公斤，為85kWh電池組提供400伏直流電。然而，特斯拉電動(dòng)汽車的電機(jī)需要采用交流電驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)交流電的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)速，可以精確調(diào)節(jié)車輛的速度和加速性能。特斯拉電動(dòng)汽車能夠在短短3秒內(nèi)加速到100公里/小時(shí)，這得益于交流電機(jī)的快速啟動(dòng)速度，其中IGBT發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

充電樁從標(biāo)準(zhǔn) 220 伏交流電網(wǎng)獲取電力，而特斯拉電動(dòng)汽車的電池需要直流電充電。這就需要IGBT將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并將電壓升壓至電動(dòng)汽車所需的400伏，以滿足7000節(jié)18650電池的充電需求。IGBT的性能直接影響電動(dòng)汽車的充電效率和速度。特斯拉電動(dòng)汽車的充電過(guò)程，以及其高效率、快速充電能力，都與IGBT密切相關(guān)。

在導(dǎo)通狀態(tài)下，IGBT可承受數(shù)十至數(shù)百安培的電流；在斷開(kāi)狀態(tài)下，可承受數(shù)百至數(shù)千伏的電壓。此外，在極高的電流和電壓條件下，IGBT還表現(xiàn)出高達(dá)每秒10,000次的優(yōu)異開(kāi)關(guān)速度。因此，IGBT的品質(zhì)直接決定電動(dòng)汽車的加速性能、最高速度、能耗水平，以及能否實(shí)現(xiàn)二級(jí)啟動(dòng)、換擋平順、停車平穩(wěn)等核心特性。因此，將IGBT稱為電動(dòng)汽車的心臟是恰當(dāng)?shù)摹?/span>

智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)的發(fā)電端、輸電端、變電端和用電端都需要使用IGBT。IGBT在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，涵蓋了許多關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行和能量管理提供了重要支撐。

1.發(fā)電機(jī)

在智能電網(wǎng)中，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電是重要的可再生能源，其產(chǎn)生的交流電需要通過(guò)整流器和逆變器轉(zhuǎn)換為直流或交流電才能與電力系統(tǒng)融合。這些轉(zhuǎn)換過(guò)程需要 IGBT 實(shí)現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換并確保穩(wěn)定的能量注入電網(wǎng)。

2.傳輸端

特高壓直流（UHVDC）技術(shù)在智能電網(wǎng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它可以將電能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)讲煌瑓^(qū)域并減少傳輸損耗。在特高壓直流系統(tǒng)中，柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）需要大量使用IGBT來(lái)實(shí)現(xiàn)潮流的精確控制，以維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.變電站

電力電子變壓器是智能電網(wǎng)的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)電能的變換和分配。在變電站端，采用IGBT作為控制電能變換的關(guān)鍵器件，使電網(wǎng)可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)電壓和頻率，以適應(yīng)不同的輸配電需求。

4.電源端

智能電網(wǎng)中的電力消費(fèi)者包括家庭、商業(yè)和工業(yè)用電等?？照{(diào)、洗衣機(jī)等家用白色家電、微波爐、LED照明驅(qū)動(dòng)器和其他消費(fèi)電器需要高效的能量轉(zhuǎn)換和控制。這時(shí)，IGBT就發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過(guò)對(duì)IGBT的精確控制，可以實(shí)現(xiàn)電能的高效利用和節(jié)能。

軌道交通

現(xiàn)代軌道交通中，交流傳動(dòng)技術(shù)是核心之一，牽引變流器是關(guān)鍵部件，IGBT在其中發(fā)揮著重要作用。IGBT作為牽引變流器的核心器件，廣泛應(yīng)用于軌道交通車輛的牽引變流器和輔助變流器中。

此外，IGBT還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如電源應(yīng)用、UPS系統(tǒng)、電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)、逆變器、太陽(yáng)能逆變器等。與BJT相比，它具有開(kāi)關(guān)損耗更低、緩沖電路要求更小的優(yōu)點(diǎn)，使其在各種應(yīng)用中展現(xiàn)出強(qiáng)大的性能和潛力。

1.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

在逆變電路中，廣泛采用IGBT作為開(kāi)關(guān)元件，實(shí)現(xiàn)直流到交流的轉(zhuǎn)換過(guò)程。這種轉(zhuǎn)換技術(shù)可用于各種尺寸的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。特別是在空調(diào)和冰箱等家用電器、工業(yè)電機(jī)以及汽車主電機(jī)控制器中，用于逆變器應(yīng)用的IGBT在提高這些系統(tǒng)的效率水平方面發(fā)揮著重要作用。

2.不間斷電源電路（UPS）

IGBT 具有高效率和節(jié)省空間的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于中大容量型號(hào)，包括幾 kVA 甚至更高容量的型號(hào)。

家用電器

感應(yīng)加熱技術(shù)旨在通過(guò)利用 LC 諧振實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān) (ZVS) 或零電流開(kāi)關(guān) (ZCS) 來(lái)最大限度地減少開(kāi)關(guān)損耗。鑒于諧振電壓或電流較高，應(yīng)用時(shí)通常選擇IGBT。更具體地說(shuō)，IGBT常用于感應(yīng)加熱系統(tǒng)，例如電磁爐、電磁爐、微波爐等。

IGBT比MOSFET的開(kāi)關(guān)速度更快嗎？

一般來(lái)說(shuō)，MOSFET 由于其單極晶體管行為而開(kāi)關(guān)速度通常更快，而 IGBT 速度較慢，但能夠處理更高的電壓和電流水平。IGBT（絕緣柵雙極晶體管）和 MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）具有不同的開(kāi)關(guān)特性，其中一種是否比另一種更快取決于應(yīng)用。