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通俗易懂地了解IGBT
“IGBT是什么?都在哪里有应用?”
从功能上来说,IGBT就是一个电路开关,用在电压几十到几百伏量级、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电压低,以传输信号为主,都属于弱电。)可以认为就是一个晶体管,电压电流超大而已。
家里的电灯开关是用按钮控制的。IGBT不用机械按钮,它是由计算机控制的。具体点说,IGBT的简化模型有3个接口,有两个(集电极、发射极)接在强电电路上,还有一个接收控制电信号,叫作门极。给门极一个高电平信号,开关(集电极与发射极之间)就通了;再给低电平信号,开关就断了。给门极的信号是数字信号(即只有高和低两种状态),电压很低,属于弱电,只要经过一个比较简单的驱动电路就可以和计算机相连。实际用的“计算机”通常是叫作DSP的微处理器,擅长处理数字信号,比较小巧。
这种可以用数字信号控制的强电开关还有很多种。作为其中的一员,IGBT的特点是,在它这个电流电压等级下,它支持的开关速度是最高的,一秒钟可以开关几万次。GTO以前也用在轨道交通列车上,但是GTO开关速度低,损耗大,现在只有在最大电压电流超过IGBT承受范围才使用;IGCT本质上也是GTO,不过结构做了优化,开关速度和最大电压电流都介于GTO和IGBT之间;大功率mosFET快是快,但不能支持这么大的电压电流,否则会烧掉。
要这么快的开关干什么用?常见的强电只有50Hz的交流电,变压器能变它的电压,但是不能改变它的频率,不能把它变成直流。而有了IGBT这种开关,就可以设计出一类电路,通过计算机控制IGBT,把电源侧的交流电变成给定电压的直流电,或是把各种电变成所需频率的交流电,给负载使用。这类电路统称变换器。把交流电变成直流电的电路叫做整流器;把直流电变成交流电的叫做逆变器;直流变直流的叫开关电源;三相交流变交流的叫矩阵变换器。
怎么实现的?需要讲一下PWM的概念,这里我可能说的不是很清楚。题主见没见过家里的照明灯接触不良的时候快速闪烁?闪烁的灯看起来没有正常的灯亮吧?,,,所以显得暗。强电本质上是传输电能,所以也可以利用这个原理。如果用电器内的电流几乎不变,,,,它就等效于用电器两端始终接着200V的电压。,,就可以实现等效电压在这个时刻内成为0~300V内的任何一个值,即所谓的脉宽调制(PWM)。电压一高一低变化的总时间越短,从宏观上看电压越接近等效电压。
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