在電力電子領域，絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為一種重要的功率半導體器件，發(fā)揮著關鍵作用。下面將詳細介紹 IGBT 的基本工作原理、作用、選型要求、影響可靠性的因素、使用注意事項以及保管方法。
IGBT 由柵極（G）、發(fā)射極（E）和集電極（C）三個極控制。其開關作用通過加正向柵極電壓形成溝道，為 PNP 晶體管提供基極電流，使 IGBT 導通；反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使 IGBT 關斷。具體而言，若在 IGBT 的柵極和發(fā)射極之間加上驅動正電壓，則 MOSFET 導通，PNP 晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導通；若 IGBT 的柵極和發(fā)射極之間電壓為 0V，則 MOSFET 截止，切斷 PNP 晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。
需要注意的是，如果 IGBT 柵極與發(fā)射極之間的驅動電壓過低，IGBT 不能穩(wěn)定工作；若過高甚至超過柵極 — 發(fā)射極之間的耐壓，則 IGBT 可能會損壞。同樣，若 IGBT 集電極與發(fā)射極之間的電壓超過允許值，流過 IGBT 的電流會超限，導致 IGBT 的結溫超過允許值，IGBT 也有可能損壞。
IGBT 是一種功率晶體管，運用此種晶體設計的 UPS 可有效提升產品效能，具有電源品質好、效率高、熱損耗少、噪音低、體積小與產品壽命長等多種優(yōu)點。IGBT 主要用于變頻器逆變和其他逆變電路，將直流電壓逆變成頻率可調的交流電。它有陰極、陽極和控制極，關斷時其阻抗非常大，基本是斷路；接通時存在很小的電阻，通過接通或斷開控制極來控制陰極和陽極之間的接通和關斷。
- 安全工作區(qū)：在安全方面，主要涉及電的特性，除常規(guī)的變壓電流外，還包括 RBSOA（反向偏置安全工作區(qū)）和短路時的保護。設計時需考慮結溫要求，長期工作必須保證溫度在安全結溫之內。這需要提供模塊相關的應用參數，結合選擇的 IGBT 芯片、封裝和電流，計算產品的功耗和結溫，判斷是否滿足安全結溫需求。
- 熱限制：熱限制涉及脈沖功，其時間較短，可能不是長期工作點，突然增加的情況會涉及動態(tài)熱阻，即熱阻抗。熱阻抗的波動量會直接影響 IGBT 的可靠性和壽命，如 50 赫茲波動量小，IGBT 壽命才長。
- 封裝要求：封裝要求主要體現在外部封裝材料上，結構設計也與封裝相關。不同的設計布局和結構差異很大，會影響 IGBT 的性能和應用。
- 可靠性要求：可靠性問題主要與結溫波動有關。結溫波動會影響綁定線和硅片之間的焊接，長時間下來，若工藝不好，會出現裂痕甚至斷裂，影響保護壓降，導致 IGBT 失效。此外，熱循環(huán)也會影響硅片和 DCB 材料之間的連接，失效后會出現分層現象。
- IGBT 額定電壓的選擇：對于三相 380V 輸入電壓，經過整流和濾波后，直流母線電壓的值確定。在開關工作條件下，IGBT 的額定電壓一般要求高于直流母線電壓的兩倍，可根據 IGBT 規(guī)格的電壓等級，選擇 1200V 電壓等級的 IGBT。
- IGBT 額定電流的選擇：以 30kW 變頻器為例，負載電流約為 79A?？紤]到負載電氣啟動或加速時的電流過載，一般要求 1 分鐘內承受 1.5 倍的過流，即負載電流約為 119A ，建議選擇 150A 電流等級的 IGBT。
- IGBT 開關參數的選擇：變頻器的開關頻率一般小于 10kHZ，在實際工作中，IGBT 的通態(tài)損耗所占比重較大，建議選擇低通態(tài)型 IGBT。
- 柵電壓：IGBT 工作時必須有正向柵電壓，常用的柵驅動電壓值為 15～18V，用到 20V。柵電壓與柵極電阻 Rg 有很大關系，設計 IGBT 驅動電路時，需參考 IGBT Datasheet 中的額定 Rg 值，設計合適的驅動參數，保證合理的正向柵電壓。因為正向柵電壓越高，開通損耗越小，正向壓降也越小。
- Miller 效應：為降低 Miller 效應的影響，在 IGBT 柵驅動電路中可采用改進措施：開通和關斷采用不同柵電阻 Rg，ON 和 Rg，off，確保 IGBT 的有效開通和關斷；柵源間加電容 c，對 Miller 效應產生的電壓進行能量泄放；關斷時加負柵壓。實際設計中，三者合理組合，改進效果更佳。
操作過程中要佩戴防靜電手環(huán)；盡量不要用手觸摸驅動端子部分，必須觸摸時，先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進行放電后再觸摸；IGBT 模塊驅動端子上的黑色海綿是防靜電材料，用戶用接插件引線時取下防靜電材料應立即插上引線；焊接作業(yè)時，設備易產生靜電，為防止靜電產生，需將設備處于良好的接地狀態(tài)。
一般保存 IGBT 模塊的場所，應保持常溫常濕狀態(tài)，常溫規(guī)定為 5℃～35℃，常濕規(guī)定為 45%～75%，在冬天特別干燥的地區(qū)，需要加濕機加濕；盡量遠離有腐蝕性氣或灰塵較多的場合；避免放在溫度急劇變化的場所，防止 IGBT 模塊表面結露水，應放在溫度變化較小的地方；IGBT 模塊在未投入生產時不要裸露放置，防止端子氧化。
