变频器单元讲义ppt课件

1、功率单元vPWM控制技术：所谓PWM技术就是利用半导体 器件的开通和关断把直流电压变成一定外形的电压脉冲序列，来实现频率、电压控制和消除谐波的一门技术，自关断器件的开展为PWM技术铺平了道路，目前几乎一切的变频调速安装都采用这一技术，PWM用于变频器控制可以明显改善输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，简化了逆变器的构造，加快了调理速度，提高了系统的动态呼应性能。v矢量控制技术：把交流电机模拟成直流电机进展控制，它是以转子磁场定向，采用矢量变换的方法实现交流电机的转速和磁链控制的完全解耦，它调速精度高，并具有恒功率控制、转矩按比例控制等优良的特性，动态呼应快，可实现快速四象限运转，可

2、控制失速转矩，起动转矩大，在低速时采用减小转矩脉动的措施，可扩展调速范围，缺陷是控制特性受电机参数影响大，需求输入准确的电机参数，否那么转矩控制不够准确。功率单元分类1、通用型功率单元2、能量回馈功率单元通用型功率单元外形能量回馈型功率单元外形通用型功率单元引见v原理引见v器件引见v内部原理框图引见单元原理引见v功率单元原理框图LLK原理阐明v输入电源端R、S、T接移相变压器二次线圈的三相低压输出690VAC，经三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供应由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。 功率单元控制方式阐明v功率单元经过光纤接纳信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制PWM方式，控

3、制Q1Q4 IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种能够的输出电压形状，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压形状为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出电压形状为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压形状为0。 输出波形图功率单元旁路引见v功率单元可选单元旁路功能，当某个单元发生缺相缺点、过热和驱动缺点而不能继续任务时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时旁路开关K导通，以保证变频器延续任务，并发出旁路报警。单元旁路时，变频器因运转单元数量减少，额定输出电压才干将降低，但当变频器本身运转频率较低，如6kV系列运转频率低于40Hz时，

4、 10kV系列运转频率低于43.7Hz时，变频器将自动提高任务单元的输出电压，而保证变频器输出性能不变，实现无扰动自动旁路。注：功率单元缺点有驱动缺点、过热缺点、缺相缺点三种 功率单元控制以及驱动引见v每个功率单元内均由一块控制板和一块驱动板构成。控制板v控制板原理图 XS115V+V-高压控制电源+15VVCCGND过压检测(1150V)(直流电压输入)XS285缺相检测(交流电压输入690VAC)1XS4(接收)2521XS3(发送)1521故障编码逻辑接收解码LR/INHBBYPASS电源故障光纤故障XS8(常闭)GND单元过热检测XS616123456789101112131415GN

5、DVCC+15VRL/INHB/DRCPLD隔离驱动13KUP+KUP-XS712/RINHBv控制板任务原理引见控制板任务原理引见v 控制板经过光纤控制板经过光纤XS4接纳来自控制器的信号，经接纳来自控制器的信号，经CPLD接纳解码器解码后用于对接纳解码器解码后用于对IGBT及旁路开关可选的及旁路开关可选的控制。同时，控制板上还有各种单元缺点检测电路，如过热控制。同时，控制板上还有各种单元缺点检测电路，如过热检测、缺相检测、直流母线过压检测、电源缺点监测、光纤检测、缺相检测、直流母线过压检测、电源缺点监测、光纤缺点监测、驱动缺点检测等，这些缺点信号经过缺点编码逻缺点监测、驱动缺点检测等，这些

6、缺点信号经过缺点编码逻辑电路编码后，由光纤辑电路编码后，由光纤XS3发送回控制器，实现缺点维发送回控制器，实现缺点维护接口板输出缺点维护跳闸及缺点报警指示和缺点记忆护接口板输出缺点维护跳闸及缺点报警指示和缺点记忆人机界面显示缺点缘由、时间、位置，并保管。人机界面显示缺点缘由、时间、位置，并保管。v 控制板上的控制电源直接取自直流母线经过控制板上的控制电源直接取自直流母线经过XS1，经，经过开关电源的隔离和变换后得到所需控制电源。因此，高压过开关电源的隔离和变换后得到所需控制电源。因此，高压电源失电后，控制电源并不会立刻消逝，控制板上的电源指电源失电后，控制电源并不会立刻消逝，控制板上的电源指示

7、灯经过几分钟后才干熄灭。这种取电方式可以确保高压电示灯经过几分钟后才干熄灭。这种取电方式可以确保高压电源瞬时停电跟踪功能的实现。源瞬时停电跟踪功能的实现。 单元驱动板v单元驱动板原理框图XS516123456789101112131415GNDVCC+15VRL/INHB/DRDRC/ERDCTDRGDGND125DRCM驱动控制模块1XS1L+GV+V-L+V+L+V-DRC/ERDCTDRGDGND125DRCM驱动控制模块2XS2L-GV+V-L-V+L-V-DRC/ERDCTDRGDGND125DRCM驱动控制模块3XS3R+GV+V-R+V+R+V-DRC/ERDCTDRGDGND1

8、25DRCM驱动控制模块4XS4R-GV+V-R-V+R-V-隔离电源1L+V+L+GL+V-+15V隔离电源3L-V+L-GL-V-隔离电源2R+V+R+GR+V-隔离电源4R-V+R-GR-V-GNDv单元驱动板原理及其功能引见：v驱动板用于产生IGBT的驱动信号，并将IGBT的缺点信号反响到单元控制板。驱动板经过端子XS5与控制板端子XS6相连，其中L控制左桥臂上的Q1、Q3 两个IGBT，R控制右桥臂上的Q2、Q4 两个IGBT，Q1、Q3和Q2、Q4经过反相器互锁；/INHB为IGBT制止信号；/DR为IGBT的缺点信号，反响回控制板用于单元维护。v驱动板上的电源来自控制板，其中+1

9、5V电源被隔离成4路电源，输出为：+15V和-10V电源分别用于4个IGBT的驱动。能量回馈型功率单元引见能量回馈型功率单元原理引见v功率单元利用IGBT进展同步整流，同步整流控制器实时检测单元电网输入电压，利用锁相控制技术得到电网输入电压相位，控制整流逆变开关管所构成的相位与电网电压的相位差，便可控制电功率在电网与功率单元之间的流向。逆变相位超前，功率单元将电能回馈给电网，反之电功率由电网注入功率单元。电功率大小与相位差成正比。电功率的大小及流向由单元电压决议，就同步整流而言，整流侧相当于一个稳压电源，与电功率大小及方向相对应的电网与逆变相位差由单元电压与单元整定值之间的偏向经过PID调理生

10、成。器件引见v熔断器熔断器引见v熔断器是根据电流超越规定值一定时间后，以其本身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流维护器。熔断器广泛运用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流维护，是运用最普遍的维护器件之一。熔断器是一种过电流维护电器。熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。运用时，将熔断器串联于被维护电路中，当被维护电路的电流超越规定值，并经过一定时间后，由熔体本身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到维护的作用。以金属导体作为熔体而分断电路的电器。串联于电路中，当过载或短路电流经过熔体时，熔体本身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备及家用电器

11、起到维护作用。具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续运用。熔断器主要由熔体、外壳和支座3 部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。 整流桥v二极管只允许电流单向经过，所以将其接入交流电路时它能使电路中的电流只按单向流动，即所谓“整流。 整流电路普通分“半波整流电路和“全波整流电路以及所谓“桥式整流电路，其衔接方式与所用整流元件数量都不同，效率也不一样，以四个性能一样的整流元件二极管衔接成桥式电路整流效果最好，将构成桥式整流电路的整流元件封装在一同，成为一个整体的元件，普通叫整流电桥，或桥堆.v

12、交流输入接整流桥串联点，整流输出是：正出负，负出正，整流桥是双正出负，双负出正。v如下图单相整流电路:三相整流电路引见:三相整流电路引见v通用型变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。它的功能是将工频电源进展整流，经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。三相交流电源普通需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。网络的作用，是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压，从而防止由此而损坏变频器。当电源电压为三相690V时，整流器件的最大反向电压普通为16002200V，最大整流电流为变频器额定电流的两倍。 整流桥实物图电解电容滤波电路引见v滤波电路 变频器的负载属感性负载的

13、异步电动机，无论异步电动机处于电动或发电形状，在直流滤波电路和异步电动机之间，总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。同时，三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的动摇，直流滤波电路起到对整流电路的输出进展滤波的作用。 通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容，通常是由假设干个电容器串联和并联构成电容器组，以得到所需的耐压值和容量。另外，由于电解电容器容量有较大的离散性，这将使它们随的电压不相等。因此，电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻，消除离散性的影响，因此电容的寿命那么会严重制约变频器的寿命 IGBT逆变电路v逆变电路 逆变电路

14、的作用是在控制电路的作用下，将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以恣意调理的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，所以逆变电路是变频器的中心电路之一，起着非常重要的作用。 最常见的逆变电路构造方式是利用六个功率开关器件GTR、IGBT、GTO等组成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断，可以得到恣意频率的三相交流输出。 通常的中小容量的变频器主回路器件普通采用集成模块或智能模块。智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、维护电路及驱动电路。如三菱公司消费的IPMPM50RSA120，富士公司消费的7MBP50RA060，西门子公司消费的BSM

15、50GD120等，内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变模块及各种检测维护功能。模块的典型开关频率为20KHz，维护功能为欠电压、过电压和过热缺点时输出缺点信号灯。v逆变电路中都设置有续流电路。续流电路的功能是当频率下降时，异步电动机的同步转速也随之下降。为异步电动机的再生电能反响至直流电路提供通道。在逆变过程中，寄生电感释放能量提供通道。另外，当位于同一桥臂上的两个开关，同时处于开通形状时将会出现短路景象，并烧毁换流器件。所以在实践的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路，以保证电路的正常任务和在发生不测情况时，对换流器件进展维护。 电力电子器件器件的驱动电力电子器件器件

16、的驱动 1. 电力电子器件器件的驱动电力电子器件器件的驱动 A、电力电子器件驱动电路概述、电力电子器件驱动电路概述B、晶闸管的触发电路、晶闸管的触发电路C、典型全控型器件的驱动电路、典型全控型器件的驱动电路电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述 驱动电路主电路与控制电路之间的接口使电力电子器件任务在较理想的开关形状，缩短开关时间，减小开关损耗，对安装的运转效率、可靠性和平安性都有重要的意义对器件或整个安装的一些维护措施也往往设在驱动电路中，或经过驱动电路实现驱动电路的根本义务：将信息电子电路传来的信号按控制目的的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号

17、 对半控型器件只需提供开通控制信号对全控型器件那么既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，普通采用光隔离或磁隔离 光隔离普通采用光耦合器 磁隔离的元件通常是脉冲变压器图C-1 光耦合器的类型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R11.6.1 1.6.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述电流驱动型和电压驱动型电流驱动型和电压驱动型 详细方式可为分立元件的，但目前的趋势是采详细方式可为分立元件的，但目前的趋势是采用

18、用 公用集成驱动电路公用集成驱动电路 双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路内的混合集成电路 为到达参数最正确配合，首选所用器件消费厂家为到达参数最正确配合，首选所用器件消费厂家专门开发的集成驱动电路专门开发的集成驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路1. 电流驱动型器件的驱动电路电流驱动型器件的驱动电路GTOGTO的开通控制与普通晶闸管类似，的开通控制与普通晶闸管类似，但对脉冲前沿的幅值和陡度要求但对脉冲前沿的幅值和陡度要求高，且普通需在整个导通期间施高，且普通需在整个导通期间施加正门极电流加正门极电流 使使GT

19、O关断需施加负门极电流，对关断需施加负门极电流，对其幅值和陡度的要求更高，关断其幅值和陡度的要求更高，关断后还应在门阴极施加约后还应在门阴极施加约5V的负偏的负偏压以提高抗干扰才干压以提高抗干扰才干OttOuGiG图图C-2引荐的引荐的GTO门门极电压电流波形极电压电流波形典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型直接耦合式驱动电路可防止电路内部的相互关扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿，因此目前运用较广，但其功耗大，效率较低典型的直接耦合式GTO驱动电路：典型全控型器件的驱动电路典

20、型全控型器件的驱动电路二极管VD1和电容C1提供+5V电压VD2、VD3、C2、C3构成倍压整 流电路提供+15V电压VD4和电容C4提供-15V电压V1开通时，输出正强脉冲V2开通时输出正脉冲平顶部分V2关断而V3开通时输出负脉冲V3关断后R3和R4提供门极负偏压50kHz50VGTON1N2N3C1C3C4C2R1R2R3R4V1V3V2LVD1VD2VD3VD4图C-3典型的直接耦合式GTO驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路GTR开通驱动电流应使开通驱动电流应使GTR处于准饱和导通形状，使之处于准饱和导通形状，使之 不进入放大区和深饱和区不进入放大区和深饱和区关断关

21、断GTR时，施加一定的负基极电流有利于减小关时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗，关断后同样应在基射极之间施断时间和关断损耗，关断后同样应在基射极之间施加一定幅值加一定幅值6V左右的负偏压左右的负偏压 图图C-4理想的理想的GTR基极驱动电流波形基极驱动电流波形tOib典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路GTR的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路两的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路两部分部分二极管二极管VD2和电位补偿二极管和电位补偿二极管VD3构成贝克箝位电路，也构成贝克箝位电路，也即一种抗饱和电路，负载较轻时，如即一种抗饱和电路，负载较轻时，如

22、V5发射极电流全注入发射极电流全注入V，会使，会使V过饱和。有了贝克箝位电路，当过饱和。有了贝克箝位电路，当V过饱和使得集过饱和使得集电极电位低于基极电位时，电极电位低于基极电位时，VD2会自动导通，使多余的驱会自动导通，使多余的驱动电流流入集电极，维持动电流流入集电极，维持Ubc0。C2为加速开经过程的电容。开通时，为加速开经过程的电容。开通时，R5被被C2短路。可实现短路。可实现驱动电流的过冲，并添加前沿的陡度，加快开通驱动电流的过冲，并添加前沿的陡度，加快开通 图图C-5GTR的一种驱动的一种驱动电路电路VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2

23、R3R4R5C1C2驱动GTR的集成驱动电路：THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路2. 电压驱动型器件的驱动电路电压驱动型器件的驱动电路栅源间、栅射间有数千皮法的电容，为快速建立驱栅源间、栅射间有数千皮法的电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小动电压，要求驱动电路输出电阻小使使MOSFET开通的驱动电压普通开通的驱动电压普通1015V，使，使IGBT开通的驱动电压普通开通的驱动电压普通15 20V关断时施加一定幅值的负驱动电压普通取关断时施加一定幅值的负驱动电压普通取 -5 -15V有利于减小关断时间和关断损耗

24、有利于减小关断时间和关断损耗在栅极串入一只低值电阻数十欧左右可以减小在栅极串入一只低值电阻数十欧左右可以减小寄生振荡，该电阻阻值应随被驱动器件电流额定值寄生振荡，该电阻阻值应随被驱动器件电流额定值的增大而减小的增大而减小典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路电力电力MOSFET的一种驱动电路：电的一种驱动电路：电气隔离和晶体管放大电路两部分气隔离和晶体管放大电路两部分无输入信号时高速放大器无输入信号时高速放大器A输出负输出负电平电平,V3导通输出负驱动电压导通输出负驱动电压当有输入信号时当有输入信号时A输出正电平，输出正电平，V2导通输出正驱动电压导通输出正驱动电压 专为驱动电力专为

25、驱动电力MOSFET而设计的混而设计的混合集成电路有三菱公司的合集成电路有三菱公司的M57918L，其输入信号电流幅值为其输入信号电流幅值为16mA，输，输出最大脉冲电流为出最大脉冲电流为+2A和和-3A，输出，输出驱动电压驱动电压+15V和和-10V。 A+-MOSFET20 V20 VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1- VCC+ VCC图1-32电力MOSFET的一种驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路 IGBT的驱动 多采用公用的混合集成驱动器 图C-6M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图13故障指示检测端VCC接口电路门极关断电路定时及复位电路检

26、测电路415861413uoVEE81546-10V+15V30V+5 VM57962 L14ui1快恢复trr0.2s4.7k 3.1 100 F100 F典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路常用的有三菱公司的M579系列如M57962L和M57959L和富士公司的EXB系列如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851内部具有退饱和检测和维护环节，当发生过电流时能快速呼应但慢速关断IGBT，并向外部电路给出缺点信号M57962L输出的正驱动电压均为+15V左右，负驱动电压为 -10V。13故障指示检测端VCC接口电路门极关断电路定时及复位电路检测电路415861413

27、uoVEE81546-10V+15V30V+5VM57962 L14ui1快恢复trr0.2 s4.7k3.1100F100F图图C-7M57962L型型IGBT驱动器的原理和接线图驱动器的原理和接线图1.4.4 1.4.4 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 绝缘栅双极晶体管Insulated-gate Bipolar Transistor IGBT或IGT GTR和MOSFET复合，结合二者的优点， 具有好的特性 1986年投入市场后，取代了GTR和一部分MOSFET的市场,中小功率电力电子设备的主导器件 继续提高电压和电流容量，以期再取代GTO的位置绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGB

28、TIGBT1. IGBT的构造和任务原理的构造和任务原理三端器件：栅极三端器件：栅极G、集电极、集电极C和发射极和发射极E图图C-8 IGBT的构造、简化等效电路和电气图形符号的构造、简化等效电路和电气图形符号a) 内部构造断面表示图内部构造断面表示图 b) 简化等效电路简化等效电路 c) 电气图形符号电气图形符号EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+发射极 栅极集电极注入区缓冲区漂移区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBTIGBT IGBT的构造 图C-7N沟道VDMOSFET与GTR组合N沟道IGBTN-IGBT

29、 IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，构成了一个大面积的P+N结J1 使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从而对漂移区电导率进展调制，使得IGBT具有很强的通流才干简 化 等 效 电 路 阐 明 ， I G B T 是 G T R 与MOSFET组成的达林顿构造，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管 RN为晶体管基区内的调制电阻绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBTIGBT IGBT的原理 驱动原理与电力MOSFET根本一样，场控器件，通断由栅射极电压uGE决议 导通：，uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内构成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通

30、导通压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降小 关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消逝，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBTIGBT2. IGBT的根本特性的根本特性 1) IGBT的静态特性的静态特性图图C-8 IGBT的转移特性和输出特性的转移特性和输出特性a) 转移特性转移特性 b) 输出特性输出特性O有源区正向阻断区饱和区反向阻断区a)b)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBTIGBT转移特性转移特性IC与与UGE间的关系，与间的关系，与MOS

31、FET转移转移特性类似特性类似开启电压开启电压UGE(th)IGBT能实现电导调制而导通能实现电导调制而导通的最低栅射电压的最低栅射电压UGE(th)随温度升高而略有下降，在随温度升高而略有下降，在+25C时，时，UGE(th)的值普通为的值普通为26V输出特性伏安特性输出特性伏安特性以以UGE为参考变量时，为参考变量时，IC与与UCE间的关系间的关系分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。分分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。分别与别与GTR的截止区、放大区和饱和区相对应的截止区、放大区和饱和区相对应uCE0时，时，IGBT为反向阻断任务形状为反向阻断任务形状绝缘栅双极晶体管绝缘栅双

32、极晶体管 IGBTIGBT2) IGBT的动态特性的动态特性图图1-24 IGBT的开关过程的开关过程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBTIGBT IGBT的开经过程 与MOSFET的类似，由于开经过程中IGBT在大部分时间作为MOSFET运转开通延迟时间td(on) 从uGE上升至其幅值10%的时辰，到iC上升至10% ICM 电流上升时间tr iC从10%ICM上升至90%ICM所需时间 开

33、通时间ton开通延迟时间与电流上升时间之和uCE的下降过程分为tfv1和tfv2两段。tfv1IGBT中MOSFET单独任务的电压下降过程；tfv2MOSFET和 P N P 晶 体 管 同 时 任 务 的 电 压 下 降 过 程 开关过程图绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBTIGBT IGBT的关断过程开关过程图关断延迟时间td(off) 从uGE后沿下降到其幅 值90%的时辰起，到iC下降至90%ICM 电流下降时间iC从90%ICM下降至10%ICM 关断时间toff关断延迟时间与电流下降之和电流下降时间又可分为tfi1和tfi2两段。tfi1IGBT内部的MOSFET的关断过程，

34、iC下降较快；tfi2IGBT内部的PNP晶体管的关断过程，iC下降较慢 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBTIGBT IGBT中双极型PNP晶体管的存在，虽然带来了电导调制效应的益处，但也引入了少子储存景象，因此IGBT的开关速度低于电力MOSFETIGBT的击穿电压、通态压降和关断时间也是需求折衷的参数3. IGBT的主要参数1) 最大集射极间电压UCES 由内部PNP晶体管的击穿电压确定2) 最大集电极电流 包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP3)最大集电极功耗PCM 正常任务温度下允许的最大功耗 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBTIGBTIGBT的特性和参数特点

35、的特性和参数特点(1) 开关速度高，开关损耗小。在电压开关速度高，开关损耗小。在电压1000V以上以上 时，开关损耗只需时，开关损耗只需GTR的的1/10，与电力，与电力 MOSFET相当相当(2) 一样电压和电流定额时，平安任务区比一样电压和电流定额时，平安任务区比GTR 大，且具有耐脉冲电流冲击才干大，且具有耐脉冲电流冲击才干(3) 通态压降比通态压降比VDMOSFET低，特别是在电低，特别是在电流较流较 大的区域大的区域(4) 输入阻抗高，输入特性与输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似类似(5) 与与MOSFET和和GTR相比，耐压和通流才干相比，耐压和通流才干还可还可 以进一步提高，

36、同时坚持开关频率高的以进一步提高，同时坚持开关频率高的特点特点 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBT IGBT 4. IGBT的擎住效应和平安任务区的擎住效应和平安任务区 寄生晶闸管寄生晶闸管由一个由一个N-PN+晶体管和作为主开晶体管和作为主开关器件的关器件的P+N-P晶体管组成晶体管组成正偏平安任务区正偏平安任务区FBSOA最大集电极电流、最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定最大集射极间电压和最大集电极功耗确定反向偏置平安任务区反向偏置平安任务区RBSOA最大集电极最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率duCE/

37、dt确定确定EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+发射极 栅极集电极注入区缓冲区漂移区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)图C-9 IGBT的构造、简化等效电路和电气图形符号a) 内部构造断面表示图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号1.4.4 1.4.4 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 擎住效应或自锁效应：NPN晶体管基极与发射极之间存在体区短路电阻，P形体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降，相当于对J3结施加正偏压，一旦J3开通，栅极就会失去对集电极电流的控制造用，电流失控动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流小擎住效应曾限制IGBT电流

38、容量提高，20世纪90年代中后期开场逐渐处理IGBT往往与反并联的快速二极管封装在一同，制成模块，成为逆导器件 其他新型电力电子器件其他新型电力电子器件 其他新型电力电子器件其他新型电力电子器件 MOS控制晶闸管控制晶闸管MCT静电感应晶体管静电感应晶体管SIT静电感应晶闸管静电感应晶闸管SITH集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管IGCT功率模块与功率集成电路功率模块与功率集成电路MOSMOS控制晶闸管控制晶闸管MCTMCT MCTMOS Controlled ThyristorMOSFET与晶闸管的复合 MCT结合了二者的优点： MOSFET的高输入阻抗、低驱动功率、快速的开关过程 晶闸管

39、的高电压大电流、低导通压降一个MCT器件由数以万计的MCT元组成，每个元的组成为：一个PNPN晶闸管，一个控制该晶闸管开通的MOSFET，和一个控制该晶闸管关断的MOSFETMCT曾一度被以为是一种最有开展出路的电力电子器件。因此，20世纪80年代以来一度成为研讨的热点。但经过十多年的努力，其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未到达预期的数值，未能投入实践运用 静电感应晶体管静电感应晶体管SITSITSITStatic Induction Transistor1970年，结型年，结型场效应晶体管场效应晶体管小功率小功率SIT器件的横导游电构造改为垂直导电构造，即器件的横导游电构造改为

40、垂直导电构造，即可制成大功率的可制成大功率的SIT器件器件多子导电的器件，任务频率与电力多子导电的器件，任务频率与电力MOSFET相当，甚相当，甚至更高，功率容量更大，因此适用于高频大功率场所至更高，功率容量更大，因此适用于高频大功率场所在雷达通讯设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和在雷达通讯设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等领域获得运用高频感应加热等领域获得运用缺陷：缺陷：栅极不加信号时导通，加负偏压时关断，称为正常导栅极不加信号时导通，加负偏压时关断，称为正常导通型器件，运用不太方便通型器件，运用不太方便通态电阻较大，通态损耗也大，因此还未在大多数电通态电阻较大，通态损耗也

41、大，因此还未在大多数电力电子设备中得到广泛运用力电子设备中得到广泛运用静电感应晶闸管静电感应晶闸管SITHSITH SITHStatic Induction Thyristor1972年，在SIT的漏极层上附加一层与漏极层导电类型不同的发射极层而得到，因其任务原理与SIT类似，门极和阳极电压均能经过电场控制阳极电流，因此SITH又被称为场控晶闸管Field Controlled ThyristorFCT 比SIT多了一个具有少子注入功能的PN结， SITH是两种载流子导电的双极型器件，具有电导调制效应，通态压降低、通流才干强。其很多特性与GTO类似，但开关速度比GTO高得多，是大容量的快速器件

42、 SITH普通也是正常导通型，但也有正常关断型。此外，其制造工艺比GTO复杂得多，电流关断增益较小，因此其运用范围还有待拓展集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管IGCTIGCTIGCTIntegrated Gate-Commutated Thyristor，也称也称GCTGate-Commutated Thyristor，20世纪世纪90年代后期出现，结合了年代后期出现，结合了IGBT与与GTO的优点，容量的优点，容量与与GTO相当，开关速度快相当，开关速度快10倍，且可省去倍，且可省去GTO庞大庞大而复杂的缓冲电路，只不过所需的驱动功率仍很大而复杂的缓冲电路，只不过所需的驱动功率仍很大目前正

43、在与目前正在与IGBT等新型器件猛烈竞争，试图最终取等新型器件猛烈竞争，试图最终取代代GTO在大功率场所的位置在大功率场所的位置单元缺点检测及其维护缺点检测及排除方法：缺点检测及排除方法：熔断器缺点：检测到单元缺相时，报单元熔断器缺点。请检查能否由于主熔断器缺点：检测到单元缺相时，报单元熔断器缺点。请检查能否由于主电源停电引起；单元的三相进线能否松动；进线熔断器能否完好。假设电源停电引起；单元的三相进线能否松动；进线熔断器能否完好。假设熔断器开路，请改换单元。熔断器开路，请改换单元。驱动缺点：请检查单元检测板能否短路；功率单元输出驱动缺点：请检查单元检测板能否短路；功率单元输出L1、L2端子能

44、否短端子能否短路；电机绝缘能否完好；负载能否存在机械缺点。否那么为单元路；电机绝缘能否完好；负载能否存在机械缺点。否那么为单元IGBT损损坏，请改换单元。坏，请改换单元。单元过热：功率单元内的散热器上装有温度开关，常闭点，温度超越单元过热：功率单元内的散热器上装有温度开关，常闭点，温度超越85时断开。检查柜顶风机能否任务正常、单元柜风机开关能否跳闸、过滤时断开。检查柜顶风机能否任务正常、单元柜风机开关能否跳闸、过滤网能否堵塞拿一张网能否堵塞拿一张A4纸置于过滤网上，看能否能吸附，否那么需求清纸置于过滤网上，看能否能吸附，否那么需求清洁过滤网、能否长期任务于过载形状、环境温度能否过高环境温度洁过滤网、能否长期任务于过载形状、环境温度能否过高环境温度应低于应低于45，否那么需求加强通风墙上安装通风机或柜顶安装风道，否那么需求加强通风墙上安装通风机或柜顶安装风道或安装制冷设备。最