IGBT：能效革命中的不可或缺角色

IGBT 器件可以幫助火車、汽車甚至燈光更高效地運(yùn)行。而且其市場(chǎng)份額正在不斷增長(zhǎng)。

大多數(shù)工程師都熟悉數(shù)字處理芯片，但對(duì)于功率開關(guān)硅晶體管的了解相對(duì)較少。其中一種關(guān)鍵的功率開關(guān)晶體管就是絕緣柵雙極晶體管，通常簡(jiǎn)稱為IGBT。IGBT是一種三端口功率半導(dǎo)體器件，其主要作用是用作電子開關(guān)。由于IGBT的設(shè)計(jì)使其能夠快速開關(guān)，因此它在逆變器DC至DC電路中廣泛用于驅(qū)動(dòng)各種規(guī)模的電機(jī)。

最近，IGBT器件在全球轉(zhuǎn)向高效能系統(tǒng)的潮流中變得越來越受歡迎。但在我們深入了解其應(yīng)用之前，讓我們先來看一看IGBT在市場(chǎng)上的趨勢(shì)。

根據(jù)Mordor Intelligence的數(shù)據(jù)，從2020年IGBT市場(chǎng)的價(jià)值就達(dá)到60.47億美元，預(yù)計(jì)到2026年將增長(zhǎng)至110.1億美元。報(bào)告指出，IGBT通過在眾多現(xiàn)代電器中控制電能的開關(guān)放大器，包括炊具、微波爐、電動(dòng)汽車、火車、變頻驅(qū)動(dòng)器(VFDs)、冰箱、空調(diào)、燈具整流器、市政電力傳輸系統(tǒng)和音響系統(tǒng)等。

IGBT的增長(zhǎng)還歸功于電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車（EV/HEV）中汽車動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化。IGBT可以顯著減小導(dǎo)通和開關(guān)損耗，從而直接提高了車輛的整體效率。

歐洲、北美和中國(guó)的電動(dòng)汽車銷售正在為IGBT提供新的發(fā)展機(jī)會(huì)，支持基礎(chǔ)設(shè)施和電動(dòng)汽車的制造，這些新興市場(chǎng)助力了IGBT在市場(chǎng)上的地位進(jìn)一步穩(wěn)固。

火車和照明領(lǐng)域也是IGBT的應(yīng)用重點(diǎn)。多年前，在IEEE國(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）上，絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的發(fā)明者談到了功率半導(dǎo)體對(duì)社會(huì)的影響，稱IGBT半導(dǎo)體功率開關(guān)可以降低汽油消耗10%，同時(shí)提高電能效率超過40%。IGBT是一種功率晶體管，其輸入部分采用了MOS結(jié)構(gòu)，而輸出部分采用了雙極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這些器件廣泛用于高電壓和高電流的應(yīng)用，能夠以較少的驅(qū)動(dòng)功率控制高功率。

以火車為例，IGBT技術(shù)已被用于更新老舊的門極可關(guān)斷晶閘管（GTOs）以控制電機(jī)。GTO是一種用于中壓高功率逆變器橋的功率開關(guān)器件，但其價(jià)格較高且需要復(fù)雜的門極驅(qū)動(dòng)電路。相比之下，IGBT器件可以處理更高的電流且更易于控制。

在照明領(lǐng)域。根據(jù)美國(guó)能源部（DOE）的數(shù)據(jù)，人工照明占家庭電力消耗的約10%。研究表明，搭載IGBT電子器件支持的緊湊型熒光燈（CFL）可以將能耗降低80%，同時(shí)壽命是白熾燈的10倍。與雙極功率晶體管和功率MOSFET相比，IGBT在CFL電子整流器中提供了最具成本效益的功率器件技術(shù)。

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審核編輯：湯梓紅