2O世紀8O年代初發(fā)展起來的新型復合器件——IGBT(絕緣柵雙極晶體管Insulated Gate BipolarTransistor)是一種新型的電力半導體器件。作為一種電壓控制型功率器件，IGBT所需驅(qū)動功率小，控制電路簡單，通態(tài)壓降低，且具有較大的安全工作區(qū)和短路承受能力。
1 IGBT及其功率模塊
    IGBT采用溝槽結構，以減小通態(tài)壓降，改善其頻率特性，并采用NPT(Non Punch Through)技術實現(xiàn)IGBT的大功率化。IGBT只比MOSFET多一個P導通區(qū)，控制極的結構與MOSFET相同，是絕緣柵結構，也稱柵極(G)?！　∑渲黧w部分與GTR相同，也有集電極(C)和發(fā)射極(E)。圖1所示為n溝道增強型垂直式IGBT的結構和功能，具有非穿通式NPT結構，柵極為平面式。目前，除了圖1所示的非穿通式結構外，穿通式PT(PunchThrough)結構的IGBT也得到了應用，zui初的IGBT就是基于后者形成的。
1.2 IGBT的特點
    IGBT兼具了大功率晶體管GTR和MOSFET的優(yōu)點，既具有MOSFET 的高速、高輸入阻抗、易驅(qū)動的長處，又兼有GTR 的通態(tài)壓降低、耐壓高、可承受大電流的優(yōu)點。在大功率電力電子器件的應用中，IG—BT已逐步取代GTO和MOSFET成為主流器件。IGBT的技術特點是開關速度比GTO要高出10倍;模塊結構便于組裝，簡化了裝置結構;開關轉(zhuǎn)換均勻，提高了其穩(wěn)定性和可靠性;并聯(lián)簡單，便于標定變流器功率等級;作為電壓驅(qū)動型器件，只需簡單的控制電路來實現(xiàn)良好的保護功能。目前，由IGBT基本組合單元與驅(qū)動、保護及報警電路共同構成的智能功率模塊(IPM)已成為IGBT智能化的發(fā)展方向。
2.IGBT的應用  
    在軌道車輛中，廣泛采用了IGBT模塊來構成牽引變流器以及輔助電源系統(tǒng)的恒壓恒頻(CVCF)逆變器。IGBT模塊的電壓等級范圍為1200V～6500V。
2.1 IGBT在國外列車供電系統(tǒng)中的應用與發(fā)展
    zui初，德國將300A/1200VIGBT構成幾百千伏安的逆變器，取代了工業(yè)通用變頻器中的雙極型晶體管，用于網(wǎng)壓為750V的有軌電車上。之后不久，德國和日本又將400A/1200VIGBT構成的三點式逆變器(原理如圖2所示)用于750V和1500V電網(wǎng)。在中期階段，針對牽引需要開發(fā)了適用于750V電網(wǎng)的1.7kVIGBT和用于1500V電網(wǎng)的3.3kVIG—BT模塊，也稱其為高壓IGBT，這簡化了牽引逆變器主電路的結構，仍可采用二點式逆變器。在近期交流網(wǎng)壓下，機車上的中間電路電壓取2.6kV～2.8kV，可采用阻斷電壓等級為4.5kV的IGBT構成二點式逆變器(原理如圖3所示)，以提高機車運行的可靠性。國外生產(chǎn)的地鐵或輕軌車輛輔助系統(tǒng)幾乎都采用IGBT器件，并且方案多樣。
2.2 IGBT在動車組中的應用
    日本用于700系電動車組的三點式主變流器，采用大功率平板型IGBT(2500V/1800A)，整流器和逆變器的每個橋臂可用1個IGBT元件，從而使IGBT組件在得到簡化的同時，功率單元總體結構也變得緊湊。于2004年投入運營的800系，采用電壓和電流波形無畸變的三點式調(diào)制控制方式，整流和逆變器均使用IGBT高速開關元件。
　　我國引進法國Alstom公司的200km/h動車組中，用IGBT構成二點式逆變器。主變流器的開關元件使用了目前耐壓高達6500V/600A的IGBT器件。輔助變流器采用開關頻率為1950Hz的PWM技術，由3臺雙IGBT和相關反并聯(lián)二極管組成，每臺雙IGBT組成三相中的一支。