解析IGBT管特点、工作原理与保护电路(一)

1.IGBT管的特点绝缘栅双极型晶体管(Iusulated Gate Bipolar Transistor,缩写IGBT)是一种集BJT的大电流密度和MOSFET电压激励场控型器件的优点于一体的高压高速大功率器件。目前有用不同材料及工艺制作的IGBT管,它们均可被看作是一个MOSFET输入跟随一个双极型晶体管     

第11讲变频器IGBT驱动电路问答

1问：IGBT的基本概念是什么？答：IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）也称为绝缘栅双极型晶体管,它本质上是一个场效应晶体管MOSFET驱动的厚基区双极型大功率晶体管。由于IGBT为电压驱动,具有驱动功率小,开关速度高,饱和压降低,可耐高电压和大电流等一系列优点,表现出很好的综合性能,已成为当前变频器的主流开关器件以及工业领域应用最广泛的电力半导体器件之一。     

IGBT器件使用指南

在国际上80年代中后期出现的一种绝缘栅双极晶体管IGBT,它是微电子的先进工艺技术向电力电子领域渗透发展的产物,人们称之谓第三代电力电子器件(第一代为硅晶闸管,第二代为GTO可关断晶闸管、GTR-巨型晶体管),它具有功率MOSFET(包括VDMOS)器件和双极功率晶体管的一系列优点。现在新型的IGBT已克服了早期IGBT常见的锁定(Latch-up)问题,正在许多产品中取代双极功率晶体管。IGBT具有易于驱动、快速开关等优点,     

二合一芯片

由于整合开关器件与反并联二极管这一概念具有难以攻克的技术挑战,因此近年来这一技术仅被用于低功率组件（如IGBT和MOSFET）以及特殊应用。另外,IGCT等大面积双极型器件已经采用了单片集成技术,但其中的IGCT和二：极管需要完全分离的硅区。     

基于无源缓冲法和延时控制的IGBT模块串联均压技术

绝缘栅双极型晶体管IGBT综合了GTR和MOSFET的优点,近年来,在电力电子领域得到了广泛的运用。受限于单只器件的耐压水平,在高压大功率领域,IGBT模块直接串联技术是一个简单、经济的使用方案。为了保证IGBT器件的安全使用,如何解决串联均压是关键。文中提出了一种基于无源缓冲电路和栅极延时控制的均压策略,从技术原理上对其进行了详细的阐述,并通过DC15 k V/300 A脉冲实验予以了验证,实验结果显示,该技术能够实现良好的串联均压,抑制IGBT关断电压过冲,具备了一定的工程运用价值。     

IGBT串联阀吸收电路的研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT综合了GTR和MOSFET的优点,近年来得到了广泛的应用,但是受限于耐压等级,单个IGBT高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案。在串联使用中为了抑制器件关断过程中产生浪涌过冲,仍然需要吸收电路进行保护。通过对比分析详细阐述了RCD吸收电路在IGBT串联中的使用优势,并给出了参数选取的原则,同时分析了RCD吸收电路对器件动、静态电压均压的影响,并通过实验予以了验证。     

NPT型IGBT静态模型分析及仿真

对非穿通型绝缘栅双极晶体管 (NPT IGBT)的静态工作特性进行了理论分析。从IGBT结构入手 ,把它看作MOSFET驱动的BJT ,从其包含的BJT和MOSFET分别讨论。并且对比了传统BJT模型和IGBT中包含的BJT模型的分析方法 ,详细讨论了用双极传输方程分析BJT模型。在MATLAB的仿真环境中添加相应的模型描述语言S function ,实现静态特性 ,为实现动态仿真提供前提条件     

碳化硅MOSFET并联特性分析

由于碳化硅器件的耐流限制,碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在大功率应用领域通常需并联连接。然而,碳化硅MOSFET开关速度快,使之相比于硅基MOSFET和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)对寄生参数更加敏感,在并联连接时尤其是动态过程中实现均流也成为更大的挑战。器件并联工作中,由于不均流造成的高电流过冲和高损耗可能造成器件损坏。此处介绍了一种自建器件模型,并基于该模型进行器件并联的仿真。互感在电路分析中,通常会被忽略,通过实验和仿真的对比,论证了互感会对均流效果产生重要影响。     

NPT型IGBT静态模型分析及仿真

对非穿通型绝缘栅双极晶体管(NPT-IGBT)的静态工作特性进行了理化分析.从IGBT结构入手,把它看作MOSFET驱动的BJT,从其包含的BJT和MOSFET分别讨论.并且对比了传统BJT模型和IGBT中包含的BJT模型的分析方法,详细讨论了用双极传输方程分析BJT模型.在MATLAB的仿真环境中添加相应的模型描述语言S-function,实现静态特性,为实现动态仿真提供前提条件.     

功率MOSFET隔离驱动电路设计分析

半导体开关管器件作为开关电源中的关键器件,其驱动电路的设计是电源领域的关键技术之一,普通大功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)由于器件结构不同,驱动要求和技术也不相同,小功率MOSFET的栅源极寄生电容一般为10~100 pF,而大功率MOSFET的栅源极寄生电容则可达1~10 nF,因此需较大的动态驱动功率。目前,对于MOSFET隔离驱动方式主要有光电耦合隔离和磁耦合隔离,一般以磁隔离为主要应用方式,在传统的MOSFET磁隔离驱动电路中,若占空比出现突变,其隔离输出的低电平则会出现上扬现象,导致开关管出现误动作,严重可能导致MOSFET器件烧毁,给出载波隔离驱动方法和边沿触发隔离驱动方法,两种方法都能克服低电平的上扬问题,通过测试对比两种驱动方式的优缺点。     

编者按

<正>20世纪80年代开始,半导体功率器件获得了突飞猛进的发展,继双极晶体管BJT(亦称GTR)刷新了之前的晶闸管SCR之后,金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT等快速功率开关器件又相继登场,而后又出现了具有强功率输出能力的门极可关断晶闸管GTO、集成门极换相晶闸管IGCT乃至静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH。半导体功率器件的快速发展推动了电力电子变换技术及其产业应用领域的迅速壮大,如今,生产、生活、医疗卫生、交通运输、国防等各领域都离不开电力电子产     

简说贴片IGBT管

IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型贴片晶体管,是由BJT(双极型晶体管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。适用于直流电压为1500V的高压变流系统,如交流电机、变频     

面向Si/SiC混合器件逆变器全寿命周期安全工作区的多开关模式主动切换策略

基于硅基绝缘栅双极型晶体管(Si IGBT)和碳化硅金属氧化物半导体场效应管(SiC MOSFET)的Si IGBT/SiC MOSFET混合器件采用多开关模式切换策略可使变换器具备应对复杂工况的能力,然而现有切换策略并未考虑器件疲劳老化对模式切换阈值电流的影响,在混合器件老化进程后期极有可能造成器件热失效,进而严重威胁变换器的可靠运行。基于此,提出了一种面向Si/SiC混合器件逆变器全寿命周期安全工作区的多开关模式主动切换策略。基于器件疲劳老化对逆变器最大安全运行电流的影响规律,设计了考虑老化进程的逆变器安全工作区刻画流程。根据安全工作区刻画结果,提出了适用于混合器件全寿命周期的多开关模式主动切换策略。实验结果表明,该策略能够针对混合器件不同老化程度来动态调整开关模式切换阈值电流,从而在器件全寿命周期内保障逆变器的运行可靠性。     

我国研制出世界最大容量压接型IGBT

正近日,由中车时代电气牵头完成的"3600A/4500V压接型IGBT及其关键技术"项目,日前通过中国电子学会组织的成果鉴定。通过该项目的实施,公司研制出了世界功率等级最高的压接绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。据悉,这也是我国首次实现压接型IGBT技术的零突破。压接型IGBT是柔性直流输电领域的核心器件。外形上看,器件与晶闸管等器件相似。但其主要通过并联多个     

压接型IGBT器件绝缘研究:问题与方法

按绝缘失效模式,将压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的绝缘问题分为漏电和放电问题。借鉴电力电子学科研究范式,提出从绝缘测试、物理分析和可靠设计3个维度进行压接型IGBT器件绝缘研究的方法。同时,分别从这3个维度对压接型IGBT器件绝缘研究现状进行分析。最后,根据绝缘测试要求和物理分析参数,给出压接型IGBT器件绝缘优值,为压接型IGBT器件绝缘可靠设计提供了量化指标。     

不同机电混合式有载分接开关工作特性实验研究

为阐明机电混合式有载分接开关(EHOLTC)的工作特性,确定不同半导体器件切换过程的差异,针对不同半导体器件的EHOLTC工作特性进行了实验研究。选用晶闸管、金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为研究对象,利用级绕组取电方式作为控制电源,搭建了3种实验样机平台。结合实验数据,分别计算了各器件工作参数及功耗数据。实测数据表明,EHOLTC燃弧能量约为机械式OLTC燃弧能量的1‰,能够有效抑制燃弧,MOSFET单元转移电弧电流能力最强。功率器件损耗接近过渡电阻损耗的5%,以IGBT单元损耗最低。全控器件换流时间较短,因换流点相位存在不确定因素,有承受高压的风险,可考虑用于中性点调压。从经济和安全角度,半控件具有一定优势。     

混合并联功率器件开关模式优化及特性分析

在对比SiC MOSFET与Si IGBT器件开关特性的基础上,提出了一种SiC MOSFET和Si IGBT混合并联器件的优化开关模式,并结合系统稳态模型,分析了其非理想开关过程特性。最后利用双脉冲测试,对在不同开通/延迟时间下混合并联器件开关特性展开了实验。实验结果表明,所提开关模式能够同步实现SiC MOSFET扩容并降低Si IGBT的开关损耗,此处所得研究成果对于拓展两种开关器件的混合应用提供了技术参考。     

Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究

综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力和低成本优势,已有文献的最新研究和实验结果验证了该类器件的优异特性,表明其对高性能电力电子器件实现更高电流容量、更高开关频率和较低成本具有重要意义,是高性能变换器应用中非常有潜力的功率器件类型。     

Trenchstop与NPT型IGBT性能比较与测试

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在现代电力电子装置中得到了日益广泛的应用,尤其是第4代Trenchstop型IGBT的出现更具有革命性的意义.介绍了IGBT芯片技术的发展,着重分析了新一代Trenchstop型和目前应用较为普遍的NPT型IGBT的结构和性能,最后通过实验对两种相同等级、不同结构的器件进行了性能测试,结果表明Trenchstop型器件具有导通压降低、关断损耗小等优点.     

一种三相逆变器损耗分析方法

针对目前应用广泛的三相逆变器的功率损耗,提出了一种基于系统仿真的逆变器损耗分析方法.利用器件厂家提供的损耗特性曲线,推导出相应的器件损耗参数,利用简化的损耗模型计算功率模块损耗.仿真和实验结果表明,方法简单有效,通用性好,对绝缘栅双极晶体管(IGBT)和功率场效应晶体管(MOSFET)及其他半导体功率器件均适用.