新能源汽車逆變壓器之核芯——IGBT工作原理動圖

由于芯片產(chǎn)能提升難、市場供不應(yīng)求，再加上芯片制造復雜并且科技含量高，對制造設(shè)備、工藝技術(shù)等等都有極為苛刻的要求，因此，近來在全球范圍內(nèi)掀起了一股“芯片荒”?！靶酒摹辈粌H影響到了手機、PC等行業(yè)，就連汽車行業(yè)也面臨同樣的困境。

IGBT這個詞你可能從沒聽過，但它一直在我們身邊默默服務(wù)。小到微波爐、變頻空調(diào)、變頻冰箱，大到新能源汽車、高鐵，甚至航母的電磁彈射，IGBT都不可或缺。

IGBT這個詞很抽象，我們可以按功能把它理解為電路開關(guān)，非通即斷。它就像家里的電燈開關(guān)，只不過是由電信號控制，能承受幾十到幾百伏電壓、幾十到幾百安電流的強電，每秒鐘開關(guān)頻率最高可達幾萬次。 IGBT的雛形是二極管 下面我們由淺及深 逐步介紹IGBT有趣的工作原理

01

二極管的工作原理

二極管由半導體材料比如硅Si制造出來，Si的價電子層有四個電子，會跟相鄰的四個Si原子形成共價健。

電流的傳導需要自由電子，而共價鍵比較穩(wěn)定，幾乎沒有多余電子。聰明的科學家想出一個辦法——摻雜。比如用價電子為5的磷P置換Si，自由電子產(chǎn)生了。

用價電子為3的硼B(yǎng)置換另一塊Si，空穴產(chǎn)生了。

前者被稱為N型半導體，后者被稱為P型半導體。將N型和P型半導體拼在一起，二極管就誕生了。

同時因為電子的離開，會使N部分邊緣輕微帶正電。相反，P部分邊緣帶負電。產(chǎn)生的內(nèi)電場（又稱勢壘）會阻止任何一個電子進一步遷移。

02

MOSFET的工作原理

MOSFET，又簡稱MOS管，金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導體(semiconductor)場效應(yīng)晶體管，一般潛伏在電腦手機中。 MOS管有NPN型和PNP型，被稱為N溝道MOS管和P溝道MOS管。和二極管相同，MOS管的N部分、P部分交界處也會產(chǎn)生內(nèi)電場，阻止電子擴散，此時沒有電流。

接通電源，底部N部分電子向正極移動，空穴向相反方向移動，底部N與P交界處內(nèi)電場持續(xù)增大，即電路斷開。

反向接通電源，在上端的N型半導體與P型半導體交界處，內(nèi)電場增大，電路依舊處于斷開狀態(tài)。那么，怎么才能讓電路接通呢？

聰明的工程師又來了，他在P部分上方加入金屬板和絕緣板，又稱為柵級。

源極與漏極電壓不變，柵源加正電壓。柵極將P部分電子吸引到絕緣板附近，空穴被填充，此處電位逐漸變化到和兩旁N部分相同，于是一條通道打開了。

之后電子在源極、漏極電壓驅(qū)動下運動，產(chǎn)生電流，電路接通。

柵極的存在，使得MOS管只需要很小的驅(qū)動功率，而且開關(guān)速度快。

03

IGBT工作原理

其實IGBT的結(jié)構(gòu)和MOS管非常接近，只是背面增加N+和P+層。

“+”意味著更高的自由電子或者空穴密度。從而IGBT在保留MOS管優(yōu)點的同時，增加了載流能力和抗壓能力。 簡單來說IGBT的功能和作用就是控制能源的變換和傳輸。

外界充電的時候是交流電，需要通過IGBT轉(zhuǎn)變成直流電然后給電池，同時要把220V電壓轉(zhuǎn)換成適當?shù)碾妷阂陨喜拍芙o電池組充電。 電池放電的時候，把通過IGBT把直流電轉(zhuǎn)變成交流電機使用的交流電，同時起到對交流電機的變頻控制，當然變壓是必不可少的。IGBT是功率半導體器件，可以說是電動車的的核心技術(shù)之一,IGBT的好壞直接影響電動車功率的釋放速度。