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                        IGBT模块

                        [10-21 14:25:09]   来源:http://www.mkld.icu  电路基础   阅读:9999

                         

                        概要:和电压低,开关频率高(可达20kHz)的特性。最近西门子公司新推出的低饱和压降(2.2V)的NPT-IGBT?#38405;?#26356;佳,是继东芝、富士、IR、摩?#26032;?#25289;等公司开发研制的新?#20998;幀? IGBT的发展趋势是高耐压、大电流、高速度、低压降、高可靠性、低成本,在高压变频器的发展方面,简化其主电路,减少使用器件,提高可靠性,降低制造成本,简化调试工作等,都与IGBT的应用有关,所以世界各大器件公司都在努力研究、开发,预计2~3年内会有突破性的进展。目前适用于高压变频器的有电压型HV-ICBT、IGCT、电流型SGCT等。 (2)关断浪涌电压 关断浪涌电压是在关断?#24067;洌?#27969;过IGBT的电流被切断而产生的瞬时电压,它是因电动机感性负载L及电路?#26032;?#30005;感Lp而产生的。在极端情况下关断浪涌电压将导致器件的损坏。电路中的漏电感Lp由器件制造结构而定,因此要尽可能减小电感L,如合理分布排列,缩短导线长度,适当?#28044;?#20943;厚铜排尺寸等。 (3)恢复浪涌电压 续流二极管是为当ICBT下臂关断时,电感性电流在上臂续流提供通路(这时处正向导通),它将减小di/dt的值,防止产生过电压。但当下臂导通时,续流二极管反向恢复,变为负值而关断,电流将要下降为零值,这时,因Lp存在要产生浪涌电压,阻止电流的下降,尤其当使用硬恢复二极管

                        IGBT模块,http://www.mkld.icu
                        (1)IGBT的主要用途 IGBT是先进的第三代功率模块,工作频率为1~20kHz,主要应用在变频器的主电路逆变器及一切逆变电路,即DC/AC变换中,如电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电?#30784;?#26025;波电?#30784;?#26080;轨电车等。问世迄今有十多年历史,?#36127;?#24050;替代一切其他功率器件,如SCR、GTO、GTR、MOSFET,双极型达林顿晶体管等。如今功率可高达1MW的低频应用中,单个器件电压可达4.0kY(PT结构)至6.5kV(NPT结构),电流可达1.5kA,是较为理想的功率模块。
                         
                          IGBT是电压型控制器件,具有输人阻抗高、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快、工作频率高、功率容量大等优点。实质是个复合功率器件,它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体,又因先进的加工技术使其具有通态饱和电压低,开关频率高(可达20kHz)的特性。最近西门子公司新推出的低饱和压降(2.2V)的NPT-IGBT?#38405;?#26356;佳,是继东芝、富士、IR、摩?#26032;?#25289;等公司开发研制的新?#20998;幀?br/> 
                          IGBT的发展趋势是高耐压、大电流、高速度、低压降、高可靠性、低成本,在高压变频器的发展方面,简化其主电路,减少使用器件,提高可靠性,降低制造成本,简化调试工作等,都与IGBT的应用有关,所以世界各大器件公司都在努力研究、开发,预计2~3年内会有突破性的进展。目前适用于高压变频器的有电压型HV-ICBT、IGCT、电流型SGCT等。
                         
                          (2)关断浪涌电压 关断浪涌电压是在关断?#24067;洌?#27969;过IGBT的电流被切断而产生的瞬时电压,它是因电动机感性负载L及电路?#26032;?#30005;感Lp而产生的。在极端情况下关断浪涌电压将导致器件的损坏。电路中的漏电感Lp由器件制造结构而定,因此要尽可能减小电感L,如合理分布排列,缩短导线长度,适当?#28044;?#20943;厚铜排尺寸等。
                         
                          (3)恢复浪涌电压 续流二极管是为当ICBT下臂关断时,电感性电流在上臂续流提供通路(这时处正向导通),它将减小di/dt的值,防止产生过电压。但当下臂导通时,续流二极管反向恢复,变为负值而关断,电流将要下降为零值,这时,因Lp存在要产生浪涌电压,阻止电流的下降,尤其当使用硬恢复二极管时,将产生较高的反向恢复的di/dt值,可导致很高的瞬时电压出现。
                         
                          (4)缓冲电路 缓冲电路是用以控制关断浪涌电压和恢复

                        浪涌电压,减少模块的开关损耗及瞬时过电压值的。虽然IGBT具有强大的开关安全工作区,但仍需控制瞬时电压值,而缓冲电路在每次开关循?#20998;?#37117;可通过IGBT放电,虽有?#27426;?#21151;耗产生,但能确保使用的安全。常用的几种IGBT缓冲电路如图2 -26所?#23613;?/P>

                          图(a)中,缓冲电路仅由一个低电容量的电容器组成,对小功率单元模块,可接在C和E之间,对六合一封装模块可接P和N之间,此电路对减小瞬变电压有效、简单、成本低,适用小功率器件。
                         
                          图(b)中,缓冲电路使用快速二极管,可钳位瞬变电压,从而抑制与母线间的寄生电感,作减幅振?#30784;&櫻絉C为时间常数,设为开关周期T的1/3(?#22788;?T/3=1/3fz),适用于中功率器件。
                         
                          图(c)类似于图2(b),但具有更小的回路电感,直接于每个IGBT的C极和E极,并使用一个小型RCD(阻容二极管),效果较好,能抑制缓冲电路的寄生振荡,适用于大功率器件。缓冲电路的具体推荐?#23548;?#34920;2 - 14。

                          表2 - 14  推荐的缓冲电路和功率电路设计

                          在直流母线电压较高的情况下,也许有必要对这些大电流双单元模块采用图(c)所示的缓冲电路。在这种情况下,可选用对单元模块给出的推荐组合。
                         
                          (5)减小功率电路的电感 浪涌电压的能量与1/2LpI成正比,因此减小导线Lp是主要?#27169;?#36208;线可选用多层正?#33322;?#21449;,宽扁形叠层母线,如大功率变频器的?#27010;?#31561;,一般都采用上述方法,例如罗克韦尔A -B公司等变频器就是用这样的方法来减小

                        功率电路的电感。
                         
                          (6)接地回路?#38382;?当栅极G驱动或控制信号与主电路共用一个电流路径时,会导致产生接地回路,这可能出现本应是接地的电位,而?#23548;?#26377;几伏的电位值,使本来偏置截止的器件可能导通,而造成误动作。因此在大功率IGBT应用中,或di/dt很高时,应避免接地回路噪声,故对不同容量的器件,有下述三种电路,如图2所?#23613;?/P>

                          图2(a)是存在共地回路电位问题?#27169;?#23427;的栅极电源地线与主电路(-)母线相通,适用于小于100A的六合一封装器件,但仍要高反偏置电压5~15V。
                         
                          图2(b)对下半臂器件选用独立栅极电源供电,采用辅助发射极和就近驱动电源退耦电容的方法,能使接地回路噪声得到最好抑制,适用200A以下模块。
                         
                          图2(c)对下半臂每一个栅极驱动电路,都采用了分离绝缘电源,以消除接地回路的噪声问题,效果更好,适用不

                        小于300A的模块。
                         
                          (7)IGBT的损耗 损耗指IGBT在开通或关断过渡过程期间的功率损耗。当PWM信号频率大于5kHz时,开关损耗会非常显著,因此在使用变频器时,必须正确地选择载波频率值。载波频率的大小与器件的开关损耗、器件的发热、电流的波形、干扰的大小、电动机的噪声和振动等有关,因此按照不同功率的电动机和现场条件来正确选择载波频率值,也是变频器调试中的一个主要?#26041;凇?br/>

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