铁道机车专业教学湖南铁道刘丽丽85课件

铁道机车专业教学资源库湖南铁道职业技术学院主讲：刘丽丽目录IGBT介绍IGBT发展背景IGBT结构、原理、电气特性IGBT的应用领域工业领域如变频器、逆变焊机如变频空调、洗衣机、冰箱家用电器领域轨道交通领域如动车、高铁、轻轨新能源领域如新能源汽车、风力发电医学领域如医疗设备稳定电源军工航天领域如飞机、舰艇受电弓牵引变压器牵引变流器三相交流异步牵引电动机转向器IGBT介绍三菱IGBT模块塞米控IGBT模块英飞凌IGBT是一种大功率的电力电子器件，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。三大特点1高压2大电流3高速IGBT，绝缘栅双极晶体管(InsolatedGatBipolarTransistor,IGBT)，它是由BJT（双极性三极管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT介绍BJT（双极性三极管）MOSFET（绝缘栅型场效应管）三种器件性能比较特性BJTMOSFETIGBT驱动方式电流电压电压驱动电路复杂简单简单输入阻抗低高高驱动功率高低低开关速度慢快居中工作频率低高居中饱和压降低高低IGBT介绍电力半导体器分类电力半导体器件分类是否可控驱动方式不可控型半控型全控型不能用控制信号控制其通断如普通功率二极管VD可控制导通，不能控制关断如普通晶闸管SCR可控制其导通和关断如GTR、MOSFET、IGBT电流驱动电压驱动通过电流信号控制导通与关断如三极管BJT通过电压信号控制导通或关断如MOSFET、IGBTIGBT介绍—简化等效电路IGBT发展历史背景—历史产品回顾50

年代第一代70

年代第二代70

年代末第三代80

年代第四代future第N代可控硅SCR功率容量大，但开关速度低，关断不可控，因强制换流关断使控制电路非常复杂门极可关断晶闸管GTO和巨型双极晶体管GTR。自关断器件,控制电路简化。但它们共同存在驱动电流大、功耗损失功率场效应晶体管VDMOS和静电感应晶体管SIT。开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单

，

但是导通电阻大，不耐高压IGBT

？IGBT发展历史背景—历史产品比较产品特点SCR功率容量大,目前的水平已达到7000V/8000A。但缺点是开关速度低,关断不可控、因强制换流关断使控制电路非常复杂,限制了它的应用。GTO、GTR它们都是自关断器件,开关速度比SCR高,控制电路也得到了简化。目前的GTO和GTR的水平分别达到了6000V/6000A、1000V/400A。但是,GTO的开关速度还是较低,GTR存在二次击穿和不易并联问题。另外,它们共同存在驱动电流大、功耗损失大的问题。VDMOS、SIT具开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单等特点。但导通电阻限制了它们的电流容量和功率容量。不过,人们利用超大规模IC技术把VDMOS的元胞尺寸做得很小(只有几个平方微米),大大增加了元胞的数量、减小了导通电阻、提高了电流容量。但是,功率容量还是很低。100V以下,VDMOS是最理想的开关器件。IGBT目前,IGBT器件已从第1代发展到了第4代，它的工作频率可达到200KHz。它的功率容量从小功率(80-300A/500-1200V)的单管发展到超大功率(1000-1200A/2500-4500V)的模块,形成了系列化产品,产品覆盖面非常大。IGBT发展历史背景—国内外IGBT产业现状纵观全球市场，IGBT主要供应厂商基本是欧美及日本几家公司,它们代表着目前IGBT技术的最高水平,包括德国英飞凌、瑞士ABB、美国IR、飞兆以及日本三菱、东芝、富士等公司。在高电压等级领域(3300V以上)更是完全由其中几家公司所控制,在大功率沟槽技术方面,英飞凌与三菱公司处于国际领先水平。这些公司不仅牢牢控制着市场,还在技术上拥有着大量的专利。国外国内IGBT产业在最近几年也得到了快速发展国内IGBT结构场效应管结构IGBT结构IGBT工作原理1正向UGE>UGE(th)时,IGBT导通2UGE为零或负电压时,IGBT被关断IGBT电气特性——静态特性主要包括1转移特性2输出特性转移特性当时,IGBT处于关断状态。当时,IC和UGE大部分是线性的,只在UGE很小时,才是非线性。开启电压UGE(th)随温度升高略有下降,温度每升高1°C,其值下降5mv左右,在25℃时,一般为2一6V;最高栅-射电压受最大集电极电流的限制,一般选取在15V左右。IGBT电气特性——静态特性输出特性1它描述栅射电压为参考变量时,集电极电流IC与集射电压UCE之间的关系。2IGBT的输出特性分为正向阻断区、有源和饱和区。IGBT电气特性——静态特性开关IGBT工作在开关状态,就是在正向阻断区和饱和区之间来回切换。静态开关特性可以看成开通时基本与纵轴重合,关断时与横轴重合。体现开通时压降小,关断时漏电流很小的优点。当栅极电压为零或负压时,IGBT关断并承受正向电压,表现为IGBT正向阻断特性。在电力电子电路中,IGBT经常会直接承受较高的负载电压,所以选择IGBT首先就要考虑IGBT的电压等级也就是IGBT正向阻断电压的能力。

IGBT小结定义COMSFET与BJT复合的全