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话题讨论:IGBT是什么?都在哪里有应用?

来源:99真人平台官网_东方快车谋杀案    编辑  :佚名    时间:2016-9-29    点击数:

  最近为了让大家更通俗易懂地了解IGBT ,于是反复查阅资料,终于找到几篇内容供大家参考  ,但是找到的内容还是有朋友弄不懂 ,所以小编继续深挖此话题 。

  话不多说,引出今天的话题是“IGBT是什么?都在哪里有应用?”小编查阅到资料供大家参考,此资料只适合今日话题 。

  提出问题 :“IGBT是什么?都在哪里有应用?”

  试试从科普的角度回答一下  。

  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?这是因为闪烁的灯亮0.1秒 ,又灭0.1秒 ,总共0.2秒的时间内它只发出了正常灯0.1秒的光能 ,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,用电器前0.2秒接了300V的电压,后0.1秒接了0V的电压,那在0.3秒内 ,它就等效于用电器两端始终接着200V的电压 。我们管这个只持续0.2秒的300V电压叫脉冲 ,通过改脉冲在0.3秒内占据的时间 ,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。

  

  维基百科日文的一张图,图示了通过PWM,得到不同电压直流电的方法。

  

  维基百科日文的一张图 ,图示了通过PWM ,得到不同电压 、频率的交流电的方法  。

  当然你会问开关都断开了,为啥用电器里的电流几乎不变 ,那是因为开关不是直接和用电器串联的。实际的变换器电路会稍有些复杂,开关断开时 ,有另一条电路会自动启用 ,保证电流是连续的 。(也有反过来的电路 ,开关断开时反而从电源给用电器供电,合上时不从电源供电 。)要是没学过电容电感和二极管的话,知道有这么回事儿就可以了……

  总之,我现在有了电压、频率都受我控制的强电了。这个强电就可以用来驱动高铁的电机。现在高铁使用的都是交流电机 ,它结构简单且省电,但是转速很难调整。好在它的转速和输入交流电源的频率有很密切的关系,所以就可以用使用IGBT的变换器搞出电压  、频率受控的强电,来灵活控制电机的转速。反映到高铁上 ,就是高铁列车的车速 。这就是所谓的变压变频控制(VVVF)  。

  除了高铁 ,像电动汽车、变频空调、风力发电机等很多用到交流电机的场合  ,都用得到IGBT及配套的这类电路来控制电机 。太阳能电厂 、电力储能等领域 ,主要用IGBT进行交流电 、直流电之间的转换。。。

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