隨著上市的電動汽車越來越多，普及電動汽車有關知識顯得越來越來重要了。對汽車工程技術人員要求就高一些，什么是電機？什么是電機控制器？什么是逆變器？什么是IGBT？這些知識及應用常識以前沒有學過，今天卻要求掌握，否則會成為外行，如果不及時補充這些知識，最后可能會被淘汰掉。

如今電動汽車應用越來越多的新知識、新技術，如：電機控制器或者逆變器型號、規格越來越多。要真正理解它的工作原理，必須要對其基礎理論進行學習，有了基礎知識，再結合實際產品進行對照，基本上可以掌握電機控制器或者逆變器的工作原理，進而就可以科學匹配設計。下面對絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）及應用進行討論，供初級工程技術人員參考。

一、“絕緣柵雙極型晶體管”的通俗理解

絕緣柵雙極型晶體管是《電工學》中的一個專業術語，如何正確理解有一定難度。筆者對個這術語進行通俗的解釋。

①管：理解水管的功能即可。水從管子一頭流進去，從另一頭流出。水是液體的，管子對水而言，就是導管。

②晶體管：水管子的材料有水泥的，也有用橡膠的等。晶體管的材料是晶體結構的，電子可以這一“頭”流進去，從另一“頭”流出。水管中是“空”腔，水才能流動，晶體結構材料的晶體“管”里也有“空”腔的，電子才能流動。不過水管的“空”腔，肉眼可以看到，而晶體管的“空”腔，肉眼是看不到的。于是有把“頭”換成“極”，即可以這樣表述了，即電子可以這一“極”流進去，從另一“極”流出。最典型是晶體二極管。二極管最大特點，只容許電子在里面的流動是單向的（正向流動），反向是流不通的。這個特性，對二極管而言，叫做單向導通性能。

④雙極型晶體管：把2個二極管的開關特性進行組合起來，且進行控制，可行實現電子在晶體管中的雙向流動。好比水管中間裝一些三通，配合一些閥門，水的流向、流量可行進行控制了。在二級管基礎進行新組合，對雙極型晶體管而言，有了開關特性了。

⑤絕緣柵雙極型晶體管：絕緣柵簡單理解是一個閥門。通俗的理解，是帶閥門控制的能控制電子雙向（多向）流動的晶體管。

二、認識絕緣柵雙極型晶體管

（1） 二極管

①不同二極管外形：外形有圓柱`圓球`半透明玻璃，現在有貼片，工業有鐵殼的，晶體二極管是用硅或鍺材料制造的半導體器件，它的內部是一個具有單向導電性的PN結。一頭是正極，一頭是負極。

圖1 不同二極管的外形

②二極管特性：正向導通，反向截至的特性。一頭是正極，一頭是負極，電流從正極流向負極。

③按用途分為：整流，穩壓，開關，光敏，熱敏，發光等二極管。

（2）三極管

三極管比二極管多一個極（通俗地理解是三個引線，二極管是二個引線）。二極管正向導通，反向截至的特性是材料特性。三極管是在二極管的特性上，有了控制特性，這是產品特性了。

①三極管外形及符號：

圖2 三極管外形及符號

②其開關原理

當Vin為低電壓時，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，致使連接于集電極端的負載亦沒有電流，而相當于開關的開啟，此時三極管乃工作于截止（cut off）區;

同理，當Vin為高電壓時，由于有基極電流流動，因此使集電極流過更大的放大電流，因此負載回路便被導通，而相當于開關的閉合，此時三極管乃工作于飽和區（saturation）。

（3）場效應晶體管

也叫電力場效應晶體管，是一種電壓控制器件，從外表來看，仍然是三根引線，場效應晶體管已經很多個PN結的集成電路了，其生產工藝比二、三管復雜多了。

①場效應晶體管內部結構、符號、集成板

圖3 場效應晶體管內部結構、符號、集成板

②場效應晶體管

有自關斷能力，而且有驅動功率小，開關速度高、無二次擊穿、安全工作區寬等特點，其電流、熱容量小，耐壓低，易于驅動和開關頻率可高達500kHz。

③場效應晶體管基本用途

適于高頻化電力電子裝置，如應用于DC/DC變換、開關電源、便攜式電子設備、航空航天以及汽車等電子電器設備中。

（4）絕緣柵雙極型晶體管

在業內簡稱：IGBT。二極管、三極管通常用在無線電路里，而IGBT用在高壓控制電路里。基本理解其功能也是控制電路流向的器件。絕緣柵雙極型晶體管，集MOSFET和GTR的優點于一身，具有輸入阻抗高、開關速度快、驅動電路簡單、通態電壓低、能承受高電壓大電流等優點，已廣泛應用于變頻器和其他調速電路中。

圖4 理想等效電路與實際等效電路

絕緣柵雙極型晶體管基本特性如下：

①靜態特性

IGBT 的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性和開關特性。

②IGBT的開通過程、關斷過程

表1：IGBT的開通過程、IGBT關斷過程

圖5 IGBT的開通過程、IGBT關斷過程電氣變化特性

三、IGBT是應用在高壓（高功率）電路變化的開關器件

過去的二（三）晶體管（集成塊）基本應用在收音機、電視機等控制（變化）電路里。目前汽車低壓電路里依然大量使用二（三）晶體管（集成塊）等電子器件，但是新能源（電動汽車）驅動，是高壓（大功率）的，過去的二（三）晶體管（集成塊）基本就用不了。于是產生了IGBT，其基礎理論還是電子技術（模擬、數字的）。IGBT已經是大功率的、大規模的集成電子器件了。發展新能源汽車，其中要大量應用IGBT。沒有這個器件的支撐，沒有可能有電動驅動模塊。

目前中國發展汽車的一個嚴重的短板是，IGBT器件大部分是進口的。電動汽車工程師必須知道IGBT知識及應用。中國目前正在追趕，尤其中車公司已經有了可靠的產品面世，中車公司自己的新能源汽車用他們自己IGBT器件更多一些。中國長期用外國公司IGBT器件，很難把控核心技術，成本優勢不明顯。