任务5 IGBT原理与应用
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《新能源汽车电力电子技术》
任务5 IGBT原理与应用
建议课时：2学时
任务5 IGBT原理与应用
知识目标
（1）能够叙述IGBT的作用和组成； （2）能够理解IGBT的工作原理； （3）能使用万用表对IGBT的引脚进行检测并判断； （4）通过对IGBT实训板的学习，掌握其工作特点； （5）正确规范的使用实训板，养成良好的新能源汽车维修职业素养。
本实训通过搭建电路，分析IGBT的工作特性，学习IGBT的基本原理，并通过规 范的操作，养成良好的职业素养。
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
知识链接1：IGBT的认知
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的半导体器件, 同时具有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点，非常 适合应用于新能源汽车的电机驱动器系统，如图2-5-1所示为单管分立IGBT元件。
教学目标
任务5 IGBT原理与应用
内容结构
学习目录
任务5 IGBT原理与应用
任务导入
新能源汽车日常行驶时，工作电流高达上百安培。电控单元按照驾驶员的操作， 精确地控制电机输入电流的变化，而这控制的关键就是IGBT。不仅电机驱动要用 IGBT，新能源汽车的充电桩和空调压缩机也需要IGBT，其主要应用是将大功率直 流电转化成交流电。
如图2-5-3所示是一个IGBT内部的结构，N+区域称为源区，源区中引出的电极称为源极，即 发射极E。IGBT的控制电极称为栅极，即门极G。P+区域称为漏区，附于漏区上的电极称为漏极， 即集电极C。IGBT的电路符号如图5-2-4所示。
图2-5-3 IGBT内部结构图
图2-5-4 IGBT的电路符号
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
知识链接7：IGBT在新能源汽车上的应用
IGBT模块大约占电机驱动系统成本的50%， 而电机驱动系统大约占整车成本的15%-20%，是 除电池之外成本最高的元件，也决定了整车的驱 动性能。
IGBT的主要作用是交流电和直流电的相互转 换，同时IGBT还承担高低电压相互转换的功能。 例如充电时外界输入的是交流电，需要通过IGBT 把低压的220V电压转变成高压直流电给电池组充 电；电池放电的时候，通过IGBT把高压直流电转 变成交流电机所需要的低压交流电。
图2-5-1 单管分立IGBT
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯 片)与FWD(二极管芯片)通过特定的电路封装而 成的模块，一般所说的IGBT也指IGBT模块。 。
图2-5-2 IGBT模块
任务5 IGBT原理与应用 知识链接2：IGBT的内部结构
知识准备
图2-5-6 IGBT开关控制电路
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
知识链接6：IGBT与场效应管的区别
IGBT与场效应管相似，作用相当于是个“继电器”，通过控制门极高低电平来控制集电极与 发射极的导通或截止。场效应管和IGBHale Waihona Puke Baidu都可以用高低电平信号来控制电路通断。但IGBT的优点是 ：在高电流高电压的环境下，IGBT作为电子开关切换通断的速度是最迅速的，一秒钟内可以达到 开关几万次，更能满足汽车逆变器的工作要求。
图2-5-5 IGBT等效电路
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
知识链接4：IGBT引脚的检测识别
用万用表欧姆档测量IGBT时，某一极与其它两极的阻值都显示为无穷大，如果调换表笔后该 极与其它两极的阻值仍为无穷大，则可以判断此极为门极。其余的两极再使用万用表测量，如果 测得的阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值比较小。则在测量阻值较小的一次中，可以判断红表 笔接的为集电极，黑表笔接的为发射极。
图2-5-7 IGBT在新能源汽车上的应用
任务5 IGBT原理与应用 知识链接3：IGBT的工作原理
知识准备
IGBT的等效电路如图2-5-2所示。如果在 IGBT的门极和发射极之间加上驱动电压，使得 场效应管处于导通状态，则三极管的基极导通， 从而三极管的集电极和发射极也处于导通状态， 此时IGBT相当于闭合的开关。如果IGBT的门极 和发射极之间电压为0V，使得场效应管处于截 止状态，则三极管基极电流也截止，此时IGBT 相当于断开的开关。
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
知识链接5：IGBT开关应用的原理
IGBT的有3个接口，其中集电极、发射极连 接在强电电路上，门极连接控制单元的输出引 脚。当控制单元对门极输出一个高电平信号， 集电极与发射极之间就处于导通状态，相当于 闭合开关；当控制单元对门极输出一个低电平 信号，集电极与发射极之间就处于截止状态， 相当于断开开关。
任务5 IGBT原理与应用
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知识目标
（1）能够叙述IGBT的作用和组成； （2）能够理解IGBT的工作原理； （3）能使用万用表对IGBT的引脚进行检测并判断； （4）通过对IGBT实训板的学习，掌握其工作特点； （5）正确规范的使用实训板，养成良好的新能源汽车维修职业素养。
本实训通过搭建电路，分析IGBT的工作特性，学习IGBT的基本原理，并通过规 范的操作，养成良好的职业素养。
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知识链接1：IGBT的认知
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的半导体器件, 同时具有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点，非常 适合应用于新能源汽车的电机驱动器系统，如图2-5-1所示为单管分立IGBT元件。
教学目标
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内容结构
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任务导入
新能源汽车日常行驶时，工作电流高达上百安培。电控单元按照驾驶员的操作， 精确地控制电机输入电流的变化，而这控制的关键就是IGBT。不仅电机驱动要用 IGBT，新能源汽车的充电桩和空调压缩机也需要IGBT，其主要应用是将大功率直 流电转化成交流电。
如图2-5-3所示是一个IGBT内部的结构，N+区域称为源区，源区中引出的电极称为源极，即 发射极E。IGBT的控制电极称为栅极，即门极G。P+区域称为漏区，附于漏区上的电极称为漏极， 即集电极C。IGBT的电路符号如图5-2-4所示。
图2-5-3 IGBT内部结构图
图2-5-4 IGBT的电路符号
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知识链接7：IGBT在新能源汽车上的应用
IGBT模块大约占电机驱动系统成本的50%， 而电机驱动系统大约占整车成本的15%-20%，是 除电池之外成本最高的元件，也决定了整车的驱 动性能。
IGBT的主要作用是交流电和直流电的相互转 换，同时IGBT还承担高低电压相互转换的功能。 例如充电时外界输入的是交流电，需要通过IGBT 把低压的220V电压转变成高压直流电给电池组充 电；电池放电的时候，通过IGBT把高压直流电转 变成交流电机所需要的低压交流电。
图2-5-1 单管分立IGBT
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯 片)与FWD(二极管芯片)通过特定的电路封装而 成的模块，一般所说的IGBT也指IGBT模块。 。
图2-5-2 IGBT模块
任务5 IGBT原理与应用 知识链接2：IGBT的内部结构
知识准备
图2-5-6 IGBT开关控制电路
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
知识链接6：IGBT与场效应管的区别
IGBT与场效应管相似，作用相当于是个“继电器”，通过控制门极高低电平来控制集电极与 发射极的导通或截止。场效应管和IGBHale Waihona Puke Baidu都可以用高低电平信号来控制电路通断。但IGBT的优点是 ：在高电流高电压的环境下，IGBT作为电子开关切换通断的速度是最迅速的，一秒钟内可以达到 开关几万次，更能满足汽车逆变器的工作要求。
图2-5-5 IGBT等效电路
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
知识链接4：IGBT引脚的检测识别
用万用表欧姆档测量IGBT时，某一极与其它两极的阻值都显示为无穷大，如果调换表笔后该 极与其它两极的阻值仍为无穷大，则可以判断此极为门极。其余的两极再使用万用表测量，如果 测得的阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值比较小。则在测量阻值较小的一次中，可以判断红表 笔接的为集电极，黑表笔接的为发射极。
图2-5-7 IGBT在新能源汽车上的应用
任务5 IGBT原理与应用 知识链接3：IGBT的工作原理
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IGBT的等效电路如图2-5-2所示。如果在 IGBT的门极和发射极之间加上驱动电压，使得 场效应管处于导通状态，则三极管的基极导通， 从而三极管的集电极和发射极也处于导通状态， 此时IGBT相当于闭合的开关。如果IGBT的门极 和发射极之间电压为0V，使得场效应管处于截 止状态，则三极管基极电流也截止，此时IGBT 相当于断开的开关。
任务5 IGBT原理与应用
知识准备
知识链接5：IGBT开关应用的原理
IGBT的有3个接口，其中集电极、发射极连 接在强电电路上，门极连接控制单元的输出引 脚。当控制单元对门极输出一个高电平信号， 集电极与发射极之间就处于导通状态，相当于 闭合开关；当控制单元对门极输出一个低电平 信号，集电极与发射极之间就处于截止状态， 相当于断开开关。