新能源汽车逆变压器之核芯——IGBT工作原理动图

由于芯片产能提升难、市场供不应求，再加上芯片制造复杂并且科技含量高，对制造设备、工艺技术等等都有极为苛刻的要求，因此，近来在全球范围内掀起了一股“芯片荒”。“芯片荒”不仅影响到了手机、PC等行业，就连汽车行业也面临同样的困境。

IGBT这个词你可能从没听过，但它一直在我们身边默默服务。小到微波炉、变频空调、变频冰箱，大到新能源汽车、高铁，甚至航母的电磁弹射，IGBT都不可或缺。  

  IGBT这个词很抽象，我们可以按功能把它理解为电路开关，非通即断。它就像家里的电灯开关，只不过是由电信号控制，能承受几十到几百伏电压、几十到几百安电流的强电，每秒钟开关频率最高可达几万次。             IGBT的雏形是二极管 下面我们由浅及深 逐步介绍IGBT有趣的工作原理  

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二极管的工作原理

二极管由半导体材料比如硅Si制造出来，Si的价电子层有四个电子，会跟相邻的四个Si原子形成共价健。  

  电流的传导需要自由电子，而共价键比较稳定，几乎没有多余电子。聪明的科学家想出一个办法——掺杂。比如用价电子为5的磷P置换Si，自由电子产生了。  

  用价电子为3的硼B置换另一块Si，空穴产生了。  

  前者被称为N型半导体，后者被称为P型半导体。将N型和P型半导体拼在一起，二极管就诞生了。

  同时因为电子的离开，会使N部分边缘轻微带正电。相反，P部分边缘带负电。产生的内电场（又称势垒）会阻止任何一个电子进一步迁移。  

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MOSFET的工作原理

  MOSFET，又简称MOS管，金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管，一般潜伏在电脑手机中。   MOS管有NPN型和PNP型，被称为N沟道MOS管和P沟道MOS管。和二极管相同，MOS管的N部分、P部分交界处也会产生内电场，阻止电子扩散，此时没有电流。  

  接通电源，底部N部分电子向正极移动，空穴向相反方向移动，底部N与P交界处内电场持续增大，即电路断开。  

  反向接通电源，在上端的N型半导体与P型半导体交界处，内电场增大，电路依旧处于断开状态。那么，怎么才能让电路接通呢？  

  聪明的工程师又来了，他在P部分上方加入金属板和绝缘板，又称为栅级。  

  源极与漏极电压不变，栅源加正电压。栅极将P部分电子吸引到绝缘板附近，空穴被填充，此处电位逐渐变化到和两旁N部分相同，于是一条通道打开了。  

  之后电子在源极、漏极电压驱动下运动，产生电流，电路接通。  

  栅极的存在，使得MOS管只需要很小的驱动功率，而且开关速度快。  

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IGBT工作原理

其实IGBT的结构和MOS管非常接近，只是背面增加N+和P+层。  

  “+”意味着更高的自由电子或者空穴密度。从而IGBT在保留MOS管优点的同时，增加了载流能力和抗压能力。   简单来说IGBT的功能和作用就是控制能源的变换和传输。  

  外界充电的时候是交流电，需要通过IGBT转变成直流电然后给电池，同时要把220V电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。   电池放电的时候，把通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电，同时起到对交流电机的变频控制，当然变压是必不可少的。IGBT是功率半导体器件，可以说是电动车的的核心技术之一,IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。