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,     

IGBT驱动保护电路设计需要进行正确选择、合理设计和严格测试

作为电力电子核心功率器件,IGBT被大量应用在变频器功率逆变电路中。IGBT驱动保护电路设计直接关系到IGBT的应用可靠性及变频器性能、成本和质量,IGBT驱动保护电路设计需要考虑以下几点：     

新一代智能化城市轨道交通牵引供电系统关键技术

正长期以来,北京交通大学联合多家单位成立了多个创新及研究成果转化平台,致力于轨道交通牵引供电技术的创新与应用。2011年,中压能馈牵引供电系统被率先提出,随后,该系统又陆续加入了整流、分散式功率因数补偿、智能融冰等功能,并于2017年引入大数据和智能化功能。新一代智能化城市轨道交通牵引供电系统包括整流、逆变、无功补偿和智能融冰等功能,功率器件为IGBT智能功率模块,功率因数大于0.99,变流器效率大于98%(额定功率下),电     

IGBT的驱动与保护电路研究

对电力电子功率器件IGBT的开关特性、驱动波形、功率、布线、隔离等方面的要求和保护方法进行了分析和讨论 ,介绍了IGBT的几种基本驱动电路和一种典型的集成驱动电路的应用     

1200V碳化硅MOSFET在智能电网电力电子设备中的应用特性研究

未来智能电网的发展中将大量采用电力电子装置来实现新能源接入、高压直流输电以及电能质量的改善等。电力电子装置的核心元件是功率半导体器件。传统硅基功率半导体器件(如IGBT、功率MOSFET等)的发展已接近其物理极限,而新一代宽禁带半导体器件(特别是碳化硅功率器件)的优异性能正可以满足未来智能电网对高效率、高性能电力电子装置的需求。为了准确地了解并评估碳化硅功率器件对智能电网中电力电子装置效率的影响,本文对1 200 V级碳化硅MOSFET的动静态特性进行了系统完整的测试和分析,并将其功率损耗特性与相同功率等级的硅基MOSFET进行了实验测试与对比。结果表明,采用碳化硅MOSFET可以大幅度减小电力电子装置的功率损耗,特别是器件的通态损耗。相比于采用硅基MOSFET的电力电子变换器,采用碳化硅功率器件的装置其器件损耗可以减少60%以上。最后,本文对碳化硅功率器件在未来智能电网中的应用进行了展望。     

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     

IGBT的驱动与保护电路研究

对电力电子功率器件IGBT的开关特性、驱动波形、功率、布线、隔离等方面的要求和保护方法进行了分析和讨论，介绍了IGBT的几种基本驱动电路和一种典型的集成驱动电路的应用。     

大功率IGBT并联功率模块的设计

在模块化多电平换流器(MMC)中应用最多的开关器件是绝缘栅双极型晶体管(IGBT),随着电力电子技术应用的发展,有时单个IGBT不能满足当前大容量变流器的需求,采用IGBT并联技术来满足系统对电流的要求是一个既经济又安全的选择。此处介绍了采用IGBT并联技术的H桥功率模块在设计中的重点关注问题及其解决方案,以满足IGBT模块并联后的均流特性,也为其他大功率电力电子换流器的设计应用提供一些参考思路。     

新书推荐

<正>《电力半导体新器件及其制造技术》作者:王彩琳编著机械工业出版社ISBN:978-7-111-47572-9定价:99.00元本书介绍了电力半导体器件的结构、原理、特性、设计、制造工艺、可靠性与失效机理、应用共性技术及数值模拟方法。内容涉及功率二极管、晶闸管及其集成器件(包括GTO、IGCT、ETO及MTO)、功率MOSFET、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及电力半导体器件的功率集成技术、结终端技术、制造技术、共性应用技术、数值分析与仿真技术。重点对功率二极管的快软恢复控制、GTO的门极硬驱动、IGCT的透明阳极和波状基区、功率MOSFET的超结及IGBT的电子注入增强(IE)等新技术进行了详细介绍。     

大容量全控型压接式IGBT和IGCT器件对比分析：原理、结构、特性和应用

全控型压接式器件是大容量电力电子装备实现功率转换的核心,主要包括以集成门极换流晶闸管(integratedgate commutatedthyristor,IGCT)为代表的晶闸管类器件和以绝缘栅型双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)、注入增强栅极晶体管(injection enhanced gate transistor,IEGT)为代表的晶体管类器件。文中首先介绍并比较IGCT与IGBT(含IEGT)的芯片结构及制作工艺,然后分析对比IGCT与IGBT(含IEGT)的工作原理及封装形式。接着从工作频率、关断能力、动态耐受、器件容量、工作损耗、驱动功率、管壳防爆特性、失效短路特性、器件可靠性等9个角度出发,系统性分析不同全控型压接式器件的工作特性,最后对其应用现状及前景进行概述及展望。     

混合封装电力电子集成模块内电磁干扰的屏蔽

混合封装有源电力电子集成模块(IPEM)是目前中功率范围内电力电子集成的主要方式。然而,IGBT与控制和驱动电路高密度地集成在一起,电磁干扰是非常重要的问题。研究发现,在IGBT开关瞬态,一个仅仅在直流母线和开关器件之间流动的高频环流是功率电路对控制和驱动电路产生电磁干扰的主要原因。为了抑制这个高频环流的影响,研究了在模块内施加平面电磁屏蔽层的作用和实际效果。结果证明,在模块内设计屏蔽层是改善模块内EMC,提高模块可靠性的有效和必要手段。     

IGBT直接串联技术的应用与电力电子时代

绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为电子开关功率器件因其只能应用于低电压、小功率范围内，影响了电子技术在电力系统中的应用。文章阐述了IGBT直接串联技术的原理及应用，提出了构筑新的电力系统的设想。包括在发电、输电、配电、用电等全过程中，最大限度地采用电力电子技术，构造出高效、经济、方便的交直流混合电力系统，用以不断地优化现有能源的转换效率，实现电力电子技术可持续发展。     

IGBT模块栅氧老化机理分析与表征方法研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）作为电力电子系统的核心器件,广泛应用于新能源发电、轨道机车牵引、电动汽车驱动以及航空航天等重要领域。栅氧层作为IGBT中相对薄弱的环节,如何准确地预测IGBT栅氧层老化状态成为学术界和工业界的研究热点。首先,分析IGBT栅氧层老化机理以及栅氧层老化对IGBT关断过程的影响,提出关断延迟时间td(off)作为IGBT栅氧层老化状态的状态参数。其次,建立IGBT栅氧层老化仿真模型,并对td(off)表征IGBT栅氧层老化状态进行仿真分析。最后,搭建了双脉冲实验平台,获得了栅氧层老化影响IGBT功率模块相关电气参数的实验结果,并与仿真结果进行了比较验证。实验结果证明td(off)可以有效地表征IGBT栅氧层老化状态。该研究对电力电子器件和装置的运行维护与状态预测具有重要的应用价值。     

牵引卡车电传动系统

牵引卡车是一种广泛使用的重型运输车辆,传动系统则是牵引卡车的核心部分,对其进行相关研究具有重要的现实意义。分析了牵引卡车电传动系统的组成,对电传动系统中主电路、制动控制电路、辅助供电系统等关键技术进行了讨论,并对实际系统的牵引输出特性和制动特性进行了测试,指出以IGBT为功率开关器件的交流传动系统能很好地满足实际需求,使用辅助供电系统是降低燃油消耗和运行成本的有效方法,能量再生制动是未来重要的发展方向。     

软穿通型3300 V/1200 A IGBT模块建模与仿真

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是功率模块作为电力电子领域中的重要大功率器件,在大容量场合越来越受重视。高压大功率IGBT模块国产化需求迫切,针对国产IGBT器件的模型研究成为不可缺少的环节。提出一种IGBT模块建模方法,基于IGBT工艺仿真与物理机制建立IGBT芯片模型,利用Q3D软件提取IGBT模块杂散参数,在Saber软件中结合芯片模型与杂散参数建立IGBT模块模型。然后,采用IGBT模块模型在Saber软件中搭建双脉冲仿真电路,得到IGBT模块的仿真波形。最后进行实验研究,将仿真波形与实验波形进行对比,结果基本一致,可见利用该方法所建的IGBT模块模型比较精确,为IGBT器件的应用仿真研究奠定了基础。     

IGBT加速老化实验研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块作为电力电子设备的关键器件被广泛应用,其工作寿命与可靠性将影响到整个装置或系统的正常运行,对于IGBT可靠性研究具有重要意义。IGBT加速老化实验是研究IGBT可靠性问题的重要方法,其在不改变产品故障机制的前提下,提高实验应力,加速产品的故障进程,能有效缩短实验时间,节约成本。分析了IGBT的失效机理,依据IEC标准,设计了IGBT直流功率循环加速老化实验,自行设计搭建了IGBT加速老化实验系统,能够完成器件的老化以及监测老化前后器件参数的变化。研究成果为IGBT模块的可靠性研究以及健康状态评估提供了重要依据。     

IGBT器件的发展现状以及在智能电网中的应用

以绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)为代表的可关断半导体功率器件的成熟应用,推动了电力电子技术的又一次革新。首先介绍IGBT在智能电网中应用的重要性,对20多年来IGBT器件在芯片和封装等技术在国内外的发展水平进行回顾。重点分析IGBT的选型特点和在电网中的典型应用,最后分析在这些应用中使用IGBT器件所带来的深远影响。     

除了并联阻容缓冲电路网络，更为有效的方法是控制IGBT的驱动信号—致

作为变频器主电路的核心,功率开关器件的选择尤为重要。由于IGBT具有输入阻抗高、工作速度快、通态压降低、载流能力强及易于驱动等优点,因而得到了广泛的应用,是种比较理想的全控型器件。但是,目前单只IGBT器件的电压等级和电流容量还很有限,远远不能满足电力电子应用技术发展的需求。因此,要想实现IGBT的高压应用,研究IGBT串联应用技术具有十分重要的意义。     

中高压大功率IGBT数字有源门极开环分级驱动技术

在中高压、大容量电力电子变流系统中,大功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)是变流器的关键器件,而门极驱动技术是影响IGBT功率器件及其组成的变流系统发挥最优性能的关键因素。首先,对IGBT门极驱动控制技术进行理论分析,确定开环分级点;其次,给出基于FPGA的数字有源门极开环分级驱动器具体实现电路;最后,基于设计的数字驱动器和Concept驱动器进行对比实验,结果表明在不恶化其他参数(反向恢复电流、关断电压尖峰、diC/dt、dvCE/dt)下,所研究的数字分级驱动器可减少开通关断延时。     

高压IGBT串联均压控制电路阈值电压设计方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件具有耐压高、开关速度快、易驱动等优点,在电力电子变换器中应用广泛。然而目前单个IGBT器件的电压等级与容量不能满足大容量变换器的需求。应用高压IGBT串联技术是提升电力电子变换器电压等级与容量的一种有效方法。高压IGBT串联技术的关键问题是保证瞬态过程中的电压均衡。门极均压控制电路可以有效抑制串联IGBT的瞬态电压不均衡。该文介绍了一种门极均压控制电路的工作原理,综合考虑开关瞬态过程中换流回路杂散参数与续流二极管正向恢复特性的影响,提出了该电路的关键参数阈值电压的设计方法,可应用于多电平、多管串联的电力电子变换器系统中,并通过实验对该设计方法的实用性进行了验证。