从功能方面来看，IGBT模块就是一个由晶体管实现的电路开关。当其导通时，可以承受几十到几百安培量级的电流；当其关断时，可以承受几百至几千伏特的电压。

IGBT模块作为晶体管，其不用机械按钮，而是由别的电路来控制的。IGBT模块的简化模型有3个接口，分别是集电极、发射极和门极。其中，集电极与发射极接在强电电路上，门极则用于接收控制电信号。当门极接收到高电平信号，开关（集电极与发射极之间）就通了；若接收到低电平信号，开关就断了。给门级发出控制指令的电路称为控制电路，可理解为“计算机”，只不过实际用的“计算机”通常是单片机或者数字信号处理器（DSP，Digital Signal Processor），擅长处理数字信号且较小巧，对于一些基本的应用可靠简单的芯片和电路就可以实现控制，无需编程。但需注意，门级所谓数字信号的电压也需要10到20伏特，所以在控制电路和IGBT模块之间还需要一个小的“驱动电路”来进行信号的转换。

可以用数字信号控制的强电开关还有很多种，作为其中一员的IGBT模块，其特点是在其电流电压等级下，IGBT模块支持的开关速度是最高的，一秒钟可以开关近万次。换言之，IGBT开关频率可以达到10kHz级别。如可关断晶闸管（GTO，Gate Turn Off Thyristor），以前也被应用于轨道交通列车中，但是其开关速度低，所以现在只有在最大电压电流超过IGBT模块承受范围的场合才使用。集成门极换流晶闸管（IGCT，Integrated Gate-Commutated Thyristor）本质上也是GTO，但其结构做了优化，因此开关速度和最大电压电流都介于GTO和IGBT之间。比IGBT开关速度更快的还有大功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor），但其支持的最大电压电流均小于IGBT。

那么，为什么需要这么快的开关呢？常见的强电只有50Hz的交流电，变压器能改变其电压但不能改变它的频率，更不能将其变成直流；另一方面，光伏电站发出的直流电，也无法转换为交流。而利用IGBT，可以设计出一类电路，通过控制IGBT，把电源侧的交流电变成给定电压的直流电，或是把各种电变成所需频率的交流电。这类电路统称电力电子电路，由电力电子电路做成的设备称为变换器。而把交流电变成直流电的电路叫做整流器，把直流电变成交流电的叫做逆变器，而直流变直流的电路一般直接称为变换器。

要实现上述操作，具体需要怎么做呢？这就需要脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）。功率电路的本质是传输电能，若开启用电器前0.2秒接了300V的电压，后0.1秒接了0V的电压，那在0.3秒内，它就等效于用电器两端始终接着200V的电压。这个只持续0.2秒的300V电压叫脉冲，通过改变脉冲在0.3秒内占据的时间（也就是脉宽），就可以实现等效电压在这个时刻内成为0~300V内的任何一个值，这就是脉冲宽度调制。电压一高一低变化的总时间越短，从宏观上看电压越接近等效电压。实现脉冲宽度调制需要至少两个开关，一个接在用电器和300V之间，一个接在用电器和0V之间，两个开关交替导通才可以实现脉冲宽度调制。

现在有了电压、频率都受控制的强电，这个强电就可以用来驱动高铁的电机。现在高铁使用的都是交流电机，其结构简单且省电，但是转速很难调整。而其转速和输入交流电源的频率有很密切的关系，因此可采用IGBT的变换器来灵活控制电机的转速。反映到高铁上，就是高铁列车的车速，即变压变频控制（VVVF，Variable Voltage and Variable Frequency）。除高铁外，电动汽车、变频空调、风力发电机等很多用到交流电机的场合，都可采用IGBT及配套的电路来控制电机。而发电、电力储能等领域，主要用IGBT进行交流电、直流电之间的转换。

广东爱晟电子科技有限公司生产的IGBT用NTC芯片，可在IGBT模块中起到温度控制和温度监测的左右。





参考资料：

电子产品世界《高铁中的 IGBT 是什么？都在哪些领域有应用？》