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摘要：IGBT，它是一种新型的电力电子器件，在使用过程中方便控制、开关迅速快、工作频率高，凭借着自身一系列的优势被广泛使用在电力电子装置中，文章主要分析了IGBT技术的发展演进，阐述了IGBT结构以及工作原理，最后提出了IGBT的具体应用。
关键词：IGBT；结构；原理；应用
1 IGBT技术发展演进
IGBT技术起源于上个世纪80年代，无论是它的表面结构还是体结构，都经历了相对独立的发展和改进。表面结构，也就是我们通常所说的金属氧化物半导体MOS结构，它经历了平面栅到沟槽栅的改进。对于沟槽栅结构来说，在使用时借鉴了大规模集成电路工艺，常使用的硅干法刻蚀技术，它能有效地在通态电压和关断时间之间进行优化，而它的元胞结构使用的是宽元间距的设计，最常见的就是日立半导体以及三菱半导体的芯片。在结构上来说，IGBT技术它经历了由非透明集电区到透明集电区到转变。穿通技术载流子注入系数较高，需要对少数载流子寿命进行控制，能有效地降低运输效率变坏的问题，使用非穿通技术，不需要对少数的载流子寿命进行杀伤，能够具有较高的运输效率，然而载流子注入系数较低，因此，非穿通技术背心的含有缓冲层的新型体机构。IGBT技术对于不同的供应商来说，它有不同的名字，但是它的基本原理都是相同的，在科学技术的推动之下，科学家又提出了反向通断型、反向导通型等新概念，能对IGBT性能进行全方位的优化【1】。
尤其是近年来，我国在进行IGBT技术发展过程中有了不小的成就。尤其是在进行电磁炉、家用电器等小功率应用时，IGBT已经开始量化生产。现阶段，功率电路在运作时仍然是高频化、高输出功率等等。IGBT技术经过十几年的发展。使得硅材料IGBT芯片的综合性能得到进一步的完善，IGBT技术在发展过程中另一项研究就是我们通常所说的封装技术，封装技术能有效地解决散热、热疲劳以及自身干扰问题【2】。
2 IGBT结构以及原理
通过前文的介绍，IGBT结构，它是有MOSFET和双极型晶体管复合成的一种新器件。在进行运作时，它融合以上两种器件的优点，具有MOSFET器件驱动功率小、开关速度快的优势，与此同时，它还具备双极型晶体管饱和压降低、容量大的优势，它的频率主要介于两晶体管之间，能够推动现代电力电子技术的发展。尤其是在交大功率应用中占据了主导地位，IGBT结构在使用时输入管的漏极，通过一只电阻与输出管基极相连，输入管的源极与输出管的集电极并接在一起，构成了IGBT管的发射极。这时，输入管的栅基仍是IGBT管的栅基，输出管的发射极，形成了IGBT管的集电极。在使用时，晶体管的集电极与基极之间形成的组状态，使得晶体管导通。IGBT结构的栅极和发射极之间的电压为零，这时MOSFET截止，需要切断PNP晶体管基极电流的供给【3】。
3 IGBT的应用
3.1在驱动方式上的应用
IGBT的驱动方式按照简单和复杂进行划分，主要包括直接驱动、电流源驱动、双电源驱动、隔离驱动等。在进行具有延迟开通功能时，可以使用多采用光电隔离驱动或者是集成模块驱动的方式。在进行驱动设计时需要满足以下几点内容：第一，栅极驱动电路必须要确保在进行传送过程中，必须要考虑到栅极电荷乘以开关频率相等的平均电流，对峰值电流进行控制。第二，还需要考虑到瞬变和震荡降到最低，需要在栅极串联一个的电阻。第三，在栅--发射极之间应该设立二极管。在进行驱动电路分布时，应该使用适当的接地方式，能有效的避免主回路导电条和驱动电路出现的混合。在进行驱动器电源两端设置时，应该有高频旁路方式能有效的确保系统具有高压电平偏转功能和单电源驱动功能，可以采用集成模块驱动方式【4】。
3.2保护技术的应用
IGBT保护技术在应用过程中一般都是通过驱动信号进行控制，为了有效地突出IGBT保护技术的重要性，典型的保护技术需要包含控制电压异常保护、集电极过流保护、短路保护以及系统过热保护等等，IGBT应用场合是不同的，在变频器使用中可以通过保护短路和控制信号，使用测IGBT驱动电路进行保护。当地过流保护控制信号异常保护发生时，能有效的进行过流保护，及时的提出预警信号，更好的控制驱动电路【5】。
3.3 IGBT的并联使用
一般情况下，IGBT技术在并联使用时最容易引发的问题是均流。影响均流的主要原因是直流参数的VGE（th）、gfs 和 VCE（on）。饱和压降偏差低于15%时，阈值电压的偏执也低于10%，这时需要确保。除此之外，在进行驱动电阻设立时应该避免电路出现震荡，对于驱动电路发射极弥散电感来说，它对并联的影响是尤为重要的，并联IGBT技术在使用时可以通过统一的散热器，采取有效的控制方式解决，并联系见不拘留的问题。因此，在进行并联使用过程中，IGBT电流额定值它还具备一定的降额功能，要严格的按照计算公式对电流额定值降额比进行计算【6】。
4 结论
在科学技术的推动之下，随着新能源发电并网技术大规模储能技术，超远距离超大规模输电技术不断发展，需要对IGBT技术的应用进行探究，它能满足直流输电装备电压功率、容量的可靠性要求。首先，为了更好的适应未来技术达发展，IGBT技术应该满足高电压、高容量的需求，在进行IGBT结构、工艺、封装等层面，需要在IGBT新结构领域进行探索，在集电区域内合理的设置短路点，还需要严格的把控局域寿命。其次，还需要对半超结IGBT进行探索，半超结是超结结构的一种变化。它能有效的抗动态雪崩，改善通态压降和关断损耗，在使用时所需要的工艺技术并不复杂。半超结可以使用逆倒IGBT结构中，减轻输出特性曲线的回跳现象。为了适应更高的工作温度，部分器件甚至已经高达175摄氏度。为了满足当下封装的形式要求，在进行焊接式IGBT模块探索过程中，需要解决焊接工艺出现的空洞材料、热疲劳、单面散热效率低等一系列的问题，要以提高IGBT的工作效率、可靠性为主。除此之外，随着我国新材料工艺应用不断成熟，碳硅化IGBT成为未来IGBT技术的重要应用方向，它能更好地适应高频、高压、高功率的应用需求。目前在进行以碳硅化为代表的宽禁带半导体器件不断发展，它和传统的硅器件相比，耐压等级高。最高耐压可达24千伏，而且它能有效的减少直流输电换流域中器件的串联数目。除此之外，碳化硅器件还具有优异的开关性能，它的电压等级是同类硅器件的1/10，具有较高的耐高温性质。
综上所述，IGBT是目前电子电力领域最具优势的电力器件，从发展到现在20多年的时间，它被广泛应用在电压、电流、开关损耗等各种静态动态参数指标的提升过程中。目前随着IGBT技术工艺不断成熟和提升，为其发展创造了得天独厚的条件，它能全面提升系统的输送能力，确保系统稳定运作。除此之外，在电力系统快速发展过程中，直流微网、直流用电等新概念也不断出现，这时需要更高性能IGBT技术的支撑。
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