仅仅是一个分立器件?IGBT的作用你想象不到

2018-11-24 10:24:00 来源:EEFOCUS
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谈及新能源汽车,大家也许会想到电池或者雷达等,但今天,我们换个方向。与大家讨论一下IGBT,它是电机驱动部分最核心的元件,也是电力电子里面最重要的一个元件,没有它就没有便捷的高铁生活。
 

要说IGBT,就不得不说一个人,这个人就是B•贾扬•巴利加(B. Jayant Baliga)——曾经的IEEE荣誉勋章获得者。在20世纪70年代后期的美国,经济仍然受到多年超高油价的影响,当时正在为通用电气公司开发半导体功率器件的巴利加为了让机器降低功率,发明了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。现如今,此项发明被广泛应用于家用电器、工业机器人、荧光灯、汽车、火车、电视、光伏设备——任何需要随时快速开关高压电的地方。

 

B. Jayant Baliga
 

那么我们再来看一下IGBT的定义:
 

所谓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,其具有自关断的特征。

 

 

简单讲,是一个非通即断的开关,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。
 

IGBT的主要应用领域
作为新型功率半导体器件的主流器件,IGBT已广泛应用于工业、 4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域,以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。

 

 

1)新能源汽车
IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用,是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。IGBT模块占电动汽车成本将近10%,占充电桩成本约20%。IGBT主要应用于电动汽车领域中以下几个方面:
 

A)电动控制系统 大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机;
 

B)车载空调控制系统 小功率直流/交流(DC/AC)逆变,使用电流较小的IGBT和FRD;
 

C)充电桩 智能充电桩中IGBT模块被作为开关元件使用;

 

 

2)智能电网
IGBT广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端:
 

从发电端来看,风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。
 

从输电端来看,特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需要大量使用IGBT等功率器件。
 

从变电端来看,IGBT是电力电子变压器(PET)的关键器件。
 

从用电端来看,家用白电、 微波炉、 LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。

 

 

3)轨道交通
IGBT器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一,在交流传动系统中牵引变流器是关键部件,而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一。

 

 

下面我们就重点说一下IGBT在新能源汽车领域的应用。
 

随着节能减碳意识不断增强,短期内行业推行油电混合车(Hybrid Electric Vehicle;HEV)以降低排碳量,但长期而言仍倾向全面导入电动车(Electric Vehicle;EV),以确保生活环境的洁净。采用IGBT进行功率变换,能够提高用电效率和质量,同时具有高效节能和绿色环保的特点,是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
 

因为新能源汽车主要靠电驱动,电分为高压电、低压电。IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。简单解释,IGBT是实现将高压转换成低压、低压转换成高压的必不可少的器件。用专业术语解释,新能源汽车需要将低压电转换成高压电,逆变器是实现这一目标的关键器件。IGBT单元是逆变器和驱动电路的核心,相当于核心中的核心。
 

从成本上看,新能源电动车成本结构中最大者为电池,占比约40~50%,其次为电机驱动系统,约占全车成本15%至20%,其中,IGBT占驱动系统一半左右,即IGBT占电动车约8%至10%成本,成电动车降价第二关键零组件,以特斯拉ModelX为例,其使用了英飞凌提供的132个IGBT管,所花费用大约在650美元。
 

 
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作者简介
邱丽婷
邱丽婷

与非网编辑,网名:泥点子。愿做电子世界的沧海一粟,以赤子之心,追寻真理。

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