IGBT基础和应用要求
igbt元件的工作原理和应用
IGBT元件的工作原理和应用1. 引言在现代电力电子技术中，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种重要的元件，具有高电压、高电流和高开关速度等特点。
本文将介绍IGBT元件的工作原理和应用。
2. IGBT工作原理IGBT是一种由MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）组成的混合型元件。
其工作原理可以分为以下几个步骤：1.输入信号引发控制端电压：控制端的电压作用下，形成子结和耗尽区的条件。
2.条件形成轉移区：控制端电压作用下，在轉移区域存在大电容，电荷会在下一个周期传播到发射区，IGBT结束通导状态。
3.发射区的导通：一旦适当的控制电流和电压施加后，MOS管中的电子开始导通，激活BJT的发射层。
4.提供辅助电压以维持MOS的导通：一旦电子开始导通，就必须通过辅助电压维持MOS的导通，以防止MOS关闭。
综上所述，IGBT的工作原理是通过不断改变控制端电压，并在MOS和BJT之间建立通路来控制导通和截止。
3. IGBT的应用IGBT作为一种重要的电子元件，广泛应用于各个领域。
以下是几个常见的应用领域：3.1 电力传输和变换IGBT在电力传输和变换领域起着重要作用，主要应用于交流换流器、逆变器和直流调节器等设备中。
IGBT的高电压和高电流承受能力，使其能够在电力系统中进行高效的能量转换和传输。
3.2 光伏发电系统在光伏发电系统中，IGBT用于逆变器中，将光伏电池板产生的直流电转换为交流电，以供电网使用或直接驱动电动设备。
3.3 汽车电子系统IGBT在汽车电子系统中的应用越来越广泛，用于电动车的控制系统、混合动力汽车的驱动系统和燃油喷射系统等。
IGBT的高开关速度和高电压能力使其适用于汽车中的高频电子设备。
3.4 变频空调在变频空调中，IGBT用于控制压缩机的工作，以实现空调系统的制冷和加热功能。
IGBT的高效能转换和低能耗使其成为变频空调系统的关键组成部分。
3.5 高速列车在高速列车领域，IGBT被用作高压变流器，用于控制高速列车的起动、制动和稳定运行。
IGBT器件“一条龙”应用计划申报要求
IGBT器件“一条龙”应用计划申报要求一、产业链构成瞄准智能电网、轨道交通和新能源汽车行业等终端用户，以产业链上下游供需能力为基础，应用为导向，针对关键环节重点基础产品、工艺，推动相关重点项目建设和技术突破，形成上下游产业对接的“一条龙”应用示范链条，解决我国能源交换与传输技术的瓶颈。
同时，按照“以我为主、兼收并蓄”的原则，推进产学研用国际化协同创新，深化产业链协作。
关键产业链条环节二、目标和任务（一）上游材料1．电力电子器件及功率模块（大功率IGBT）封装用DBC基板─高纯无氧铜箔。
（1）环节描述及任务。
开发出符合使用要求的DBC用高纯无氧铜箔产品，支撑我国功率集成电路与大功率器件产业发展。
（2）具体目标。
电力电子器件及功率模块（大功率IGBT）封装用DBC基板─高纯无氧铜箔。
化学成分：全元素分析（GDMS法）杂质元素（不含气体元素）≤10ppm，O含量≤5ppm；显微组织：平均晶粒尺寸≤70μm，960℃下10分钟退火平均晶粒尺寸≤100μm；抗拉强度：330～370MPa；硬度HV1：105～120；导电率（%IACS）：101；铜箔厚度：0.1～0.7mm；铜箔表面粗糙度：≤0.4μm。
2．电力电子器件用平板全压接陶瓷结构件。
（1）环节描述及任务。
实现平板全压接多台架精密陶瓷结构件产业化生产能力，满足用于柔性高压直流输电、轨道交通IGBT的需求。
（2）具体目标。
平板全压接多台架精密陶瓷结构件：直径≥125mm，耐压≥12kV，绝缘电阻≥15MΩ，平整度≤0.005mm，平行度≤0.03mm，粗糙度Ra≤0.5µm，漏率≤1×10-9Pam3/s，抗拉力≥12kN。
（二）IGBT设计、芯片制造、模块生产及IDM1．智能电网基础支撑技术用柔性高压直流输电高电压、大电流IGBT器件（1）环节描述及任务。
实现压接型定制化超大功率IGBT关键技术，并完成验证工作。
具体包括：不同类型柔性直流输电装备与压接型定制化超大功率IGBT联合仿真与协同优化设计技术；超大功率IGBT封装并联均流控制及多物理场分析，高电压串联用驱动保护与封装一体化及电磁兼容技术，压接型封装绝缘体系；压接型定制化超大功率IGBT测试技术和可靠性技术；压接型定制化超大功率IGBT在直流断路器和柔性直流换流阀中应用验证。
IGBT简单应用
4。驱动电路设计、实际安装的注意事项 4.1关于光藕合器的杂波耐受力 由于IGBT是高速交换元件，因此在驱动电路中使用的光藕合器需要使用 杂波耐受力大的类型。另外，为了避免误动作，光藕合器的初级侧和次级 侧的配线不能交叉，为了充分发挥IGBT的高速交换性能，推荐使用信号 延迟时间短的光藕合器。 4.2关于驱动电路与IGBT间的配线 在驱动电路和IGBT间的配线长的情况下，门极信号的振荡和感应杂波会导致 IGBT误动作，作为对策，有以下方法： （1）驱动配线要尽量短，G，E线制成双绞线； （2）增大RG，但是要注意开关时间、交换损耗； （3）门极配线和IGBT的主电路配线要尽量远离，布局时两者要正交； （4）不要和其他相的门极配线绑在一起。 4.3关于门极过电压保护，为了防止VGE电压超过±20V，需要在G-E间连接齐纳 二极管等保护措施。
*目前的IGBT一般不存在这一问题。
1.4 IGBT的输出特性
图1-6
1.5 IGBT的主要参数有： 1）电压额定 VCES：C,E之间允许的最大电压。
VGES：G，E之间允许的最大电压，一般为±20V。
2）电流额定 ICmax: IGBT允许最大的持续直流；Tj≤150℃时。 IFmax：逆向二极管的允许的最大的持续的正向电流； Tj≤150℃时。 I 2 t：耐10ms以下的正弦波的脉冲电流能力。 3）温度 Tj：硅材料允许的Tjmax≤150 ℃。 4）损耗 Pc：Tj=25 ℃时，IGBT允许的最大损耗。 PCmax= （Tjmax-Tc）/Rth（j-c）。
与MOSFET不 一样的地方
1.2.2 IGBT的等效电路图N PN P图1.5
IGBT的应用范围有哪些呢
IGBT的应用范围有哪些呢？IGBT是绝缘栅双极型晶闸管(IsolatedGateBipolarTransistor),它是八十年代初诞生，九十年代迅速发展起来的新型复合电力电子器件。
IGBT将MOSFET与GTR的优点集于一身，既有输入阻抗高、速度快、热稳定性好、电压驱动型，又具有通态压降低、高电压、大电流的优点。
功率从五千瓦到几百千瓦的应用场合。
IGBT器件将不断开拓新的应用领域，为高效节能、为新能源、工业自动化(高频电焊机,高频超声波,逆变器,斩波器,UPS/EPS,感应加热)提供了新的商机。
以下是最基本的使用说明。
(一)根据负载的工作电压和额定电流以及使用频率,选择合适规格的模块。
用户使用模块前请详细阅读模块参数数据表，了解模块的各项技术指标;根据模块各项技术参数确定使用方案，计算通态损耗和开关损耗，选择相匹配的散热器及驱动电路。
(二)IGBT模块的使用1.防止静电IGBT是静电敏感器件，为了防止器件受静电危害，应注意以下两点：①IGBT模块驱动端子上的黑色海绵是防静电材料，用户用接插件引线时取下防静电材料立即插上引线;在无防静电措施时，不要用手触摸驱动端子。
②驱动端子需要焊接时，设备或电烙铁一定要接地。
2.选择和使用①请在产品的最大额定值(电压、电流、温度等)范围内使用，一旦超出最大额定值，可能损坏产品，特别是IGBT外加超出VCES的电压时可能发生雪崩击穿现象从而使元件损坏，请务必在VCES的额定值范围内使用!工作使用频率愈高,工作电流愈小;源于可靠性的原因，必须考虑安全系数。
．②驱动电路：由于IGBTVce(sat)和短路耐量之间的折衷关系，建议将栅极电压选为+VGE=14～15V，-VGE=5～10V，要确保在模块的驱动端子上的驱动电压和波形达到驱动要求;栅极电阻Rg与IGBT的开通和关断特性密切相关，减小Rg值开关损耗减少，下降时间减少，关断脉冲电压增加;反之，栅极电阻Rg 值增加时，会增加开关损耗，影响开关频率;应根据浪涌电压和开关损耗间最佳折衷(与频率有关)选择合适的Rg值，一般选为5Ω至100Ω之间。
IGBT驱动电路解说
1．IGBT驱动电路的要求驱动电路的作用是将单片机输出的脉冲进行功率放大，以驱动IGBT,保证IGBT的可靠工作,驱动电路起着至关重要的作用，图1为典型的PWM信号控制图腾柱电路以驱动IGBT开通与关断。
对IGBT驱动电路的基本要求如下:图1 IGBT典型驱动电路○1触发脉冲要有足够快的上升速度和下降速度，即脉冲沿前后要陡峭；错误!栅极串联电阻Rg要恰当，Rg过小，关断时间过短,关断时产生的集电极尖峰电压过高,Rg过大，器件开关速度降低，开关损耗增大。
）要恰当,增大删射正偏压对减小开通损耗与导通损耗有利，但也会○3栅极—射极电压(VGE使IGBT承受短路时间变短，续流二极管反向恢复电压增大。
因此正偏压要适当，通常为+15V。
为了保证在C—E间遇到噪声时可靠关断，关断时必须在栅极施加负偏压,以防止受到干扰时误开通和加快关断速度，减小关断损耗，幅值一般为—(5～10）V。
错误!当IGBT处于负载短路或过流状态时,能在IGBT允许的时间内通过逐渐降低栅极电压自动抑制故障电流,实现IGBT的软关断。
驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响.下面从以上四个方面分析三种驱动模块电路（驱动电路EXB841/840、SD315A集成驱动模块、M57959L/M57962L厚膜驱动电路）的特性。
2。
驱动电路EXB841/8402。
1．EXB841驱动芯片的内部特性及其原理EXB841驱动芯片是可作为600V400A或者1200V300A以下的IGBT驱动电路，具有单电源、正负偏压、过流检测及保护、软关断等特性。
驱动模块导通与关断时间都在 1.5µs以内。
最大允许的开关频率为40KHz。
EXB 系列驱动器的各引脚功能如下：脚 1 ：连接用于反向偏置电源的滤波电容器；脚 2 ：电源（＋ 20V )；脚 3 ：驱动输出;脚 4 ：用于连接外部电容器,以防止过流保护电路误动作（大多数场合不需要该电容器)；脚 5 ：过流保护输出；脚 6 ：集电极电压监视；脚 7 、 8 ：不接;脚 9 ：电源地；脚 10 、 11 :不接；脚 14 、 15 ：驱动信号输入(一，＋);图2驱动电路EXB841/840EXB841 由放大部分、过流保护部分和 5V 电压基准部分组成. 放大部分由光耦合器 IS01（ TLP550 )、 V2 、 V4 、 V5 和 R1 、 C1 、 R2 、 R9 组成，其中 IS01 起隔离作用，V2 是中间级， V4 和 V5 组成推挽输出。
IGBT模块驱动技术及应用
二、IGBT驱动与保护
驱动线
IGBT驱动线在设计过程中，尽量设计短，并双绞。
二、IGBT驱动与保护
结温
高结温将有助于减少在高杂散电感条件下的震荡
二、IGBT驱动与保护
二、IGBT驱动与保护
Vce尖峰
Vce尖峰电压由IGBT关断过程中杂散电感及二极管反向恢复产生。
L=85nH
L=185nH
衡IGBT的通态损耗和开关损耗。
一、IGBT基本原理
（2）非穿通（NPT）型IGBT
与PT型IGBT不同，NPT型IGBT以掺杂的N-
栅极
发射极
基区为衬底，P掺杂发射区设计的很薄，没有
PT型IGBT的N型缓冲区，这样在阻断状态，电
场只在N型衬底内存在。因为电场不再“穿
通”N型衬底，因此被称为“非穿通”型IGBT。
针对感性负载，为了防止过压，IGBT需要
并联一个续流二极管给电流提供续流回路。RC
N+
P
IGBT并不是简单的在外部并联一个半导体二极
管，而是在半导体内部实现了一个二极管，主
N-基区
（衬底）
要用于谐振电路、硬开关电路中。
N场终止层
P
N
集电极
P
一、IGBT基本原理
英飞凌IGBT
二、IGBT驱动与保护
IGBT模块驱动技术及应用
一、IGBT基本原理
目
录
二、IGBT驱动与保护
三、双脉冲测试
四、安全工作区
一、IGBT基本原理
1. IGBT基本介绍
IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）绝缘栅双极型晶体管
IGBT之父:Jayant Baliga(贾杨.巴利加)教授（20世纪80年代发明）
IGBT数据手册
IGBT数据手册IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种广泛应用于电力电子设备中的功率半导体器件。
为了帮助用户更好地理解和使用IGBT，以下是一个详细的IGBT数据手册。
1. 引言IGBT数据手册旨在为用户提供有关IGBT的详细信息。
本手册包括IGBT的基本原理、结构、特性参数以及使用和应用建议。
2. IGBT基本原理在本节中，我们将解释IGBT的基本工作原理，包括PN结、COMFET效应、串联二极管等。
此外，还会描述IGBT在电路中的应用方式。
3. IGBT结构该节详细介绍了IGBT的结构，包括P型衬底、N型衬底、漂移区、栅极氧化层、表面耐压区和金属化层等组成部分。
每个组成部分的功能和特点也会在此展开介绍。
4. IGBT特性参数在这一部分，我们列出了IGBT数据手册中常见的特性参数，如最大耐压、最大电流、导通压降、关断特性等。
每个参数的含义和测量方法也会详细说明。
5. IGBT使用指南本节将提供有关IGBT的使用和应用建议。
包括IGBT的散热、驱动电路设计、保护电路设置以及注意事项等方面的内容。
这些指南将帮助用户更好地应用和操作IGBT。
6. IGBT应用示例为了更好地理解IGBT的实际应用，我们将在本节中提供一些IGBT在不同领域的应用示例，如交流调速、电力变换器、电机驱动等。
每个示例将简要介绍应用场景和IGBT在其中的作用。
7. 总结在最后一节中，我们将对整个IGBT数据手册进行总结，并再次强调IGBT的重要性和广泛应用领域。
如果读者有任何疑问或需要进一步了解，也可以参阅其他相关资料或直接联系我们的技术支持团队。
结论：通过本IGBT数据手册，相信用户能够更好地了解和使用IGBT。
同时，本手册也提供了IGBT的基本原理、结构、特性参数以及使用和应用建议等方面的详细信息。
希望本手册对用户有所帮助，并欢迎提供反馈和建议，以便我们进一步改进和完善IGBT数据手册。
IGBT的正确选择和使用
IGBT的正确选择和使用IGBT(双极性晶体管绝缘栅)是一种重要的功率半导体器件，广泛应用于各种工业和电力应用中。
IGBT在高电压、高电流和高频率下具有低开启电压和低开关损耗的优点，因此被认为是现代功率电子应用的理想选择。
正确选择和使用IGBT对于确保设备的稳定性和可靠性至关重要。
以下是一些关于IGBT正确选择和使用的要点：1.电压和电流等级的选择：根据应用需求和工作环境选择适当的IGBT，确保其电压和电流等级能够满足电路的工作条件。
过高的电压和电流可能导致器件失效或热失控。
2.热管理：IGBT在高功率应用中会产生大量热量，因此需要进行适当的热管理。
使用散热器、风扇或水冷系统等冷却装置来将热量散出。
确保IGBT的工作温度在其允许的范围内，以避免过热损伤。
3.驱动电路设计：IGBT需要适当的驱动电路来确保快速开关和关闭。
驱动电路应能够提供足够的电流和电压以确保IGBT的正常工作。
此外，还需要考虑电流负载的变化和保护电路。
4.保护电路设计：IGBT的应用场景可能面临电压波动、过电流、过温和瞬态过电压等问题，因此需要适当的保护电路来保护IGBT免受这些异常工作条件的损害。
5.模块封装和安装：IGBT通常以模块的形式销售，模块封装选择应考虑散热性能、电气性能和电子结构的布局。
在安装过程中，应注意连接器的正确安装和使用紧固件以确保良好的电气连接和机械固定。
6.噪声控制：IGBT在开关时会产生噪音和电磁干扰。
在设计和布线过程中，需要采取适当的噪声控制措施，如使用滤波器、屏蔽和良好的接地策略。
7.其他注意事项：在使用IGBT时，还需要注意输入电源稳定性、维护周期和环境温度等因素。
IGBT还可能需要进行特殊测试和校准，以确保其正常工作。
总结起来，IGBT的正确选择和使用需要综合考虑电压和电流等级、热管理、驱动电路设计、保护电路设计、模块封装和安装、噪声控制以及其他注意事项等因素。
正确的IGBT选择和使用可以确保设备的稳定性和可靠性，从而提高系统的性能和效率。
igbt的工作原理及应用论文
IGBT的工作原理及应用论文1. 引言在现代电力电子领域中，IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 是一种重要且广泛应用的功率半导体器件。
IGBT结合了MOSFET和BJT的特点，具有低导通压降、高开关速度和高功率处理能力等优点，广泛应用于变频驱动、电力调节和电力转换等领域。
本论文将以IGBT的工作原理为中心，介绍其基本结构、工作模式和应用领域。
2. IGBT的基本结构2.1 P型衬底IGBT的基本结构中，P型衬底扮演着重要的角色。
P型衬底是由P型硅材料制成，起到电流的扩散和分配作用。
2.2 N型高掺杂区N型高掺杂区由N型硅材料构成，主要负责电子的输运和电流的导通。
2.3 N型低掺杂区N型低掺杂区通过降低掺杂浓度来形成P-N结，起到阻断电流的作用。
2.4 绝缘层绝缘层是IGBT中的关键部分，用于隔离控制电极和功率电极，防止渗流和击穿现象的发生。
2.5 金属敷层和金属触点金属敷层和金属触点分别与控制电极和功率电极连接，用于控制和调节IGBT 的工作状态。
3. IGBT的工作原理IGBT的工作原理主要基于控制电压和电流的作用。
以下是IGBT的常见工作模式：3.1 关断状态在关断状态下，IGBT的控制电极施加负电压，使得控制电极和功率电极之间的绝缘层形成高阻抗，阻断电流流动。
3.2 导通状态在导通状态下，当控制电极施加正电压时，形成P-N结边沿的空穴注入，使得N型区的空穴和P型区的电子相互结合，导致电流流动。
3.3 开关状态IGBT可以通过在关断状态和导通状态之间快速切换，实现电流的控制和调节。
这种开关特性使得IGBT在变频驱动和电力调节等应用中非常有用。
4. IGBT的应用领域4.1 变频驱动IGBT在变频驱动系统中得到了广泛应用。
通过控制IGBT的导通和关断，可以实现对电机速度和转速的调节，提高系统的效率和运行稳定性。
4.2 电力调节由于IGBT的高功率处理能力和低导通压降特点，它被广泛应用于电力调节领域。
IGBT门极驱动设计规范要求
IGBT门极驱动设计规范要求IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于工业控制、电力电子和交通运输等领域。
IGBT门极驱动设计规范要求如下：1.输出电流能力：IGBT门极驱动器应具备足够的输出电流能力，以确保驱动IGBT的门极电流达到所需水平。
一般来说，IGBT驱动器的输出电流应远大于所驱动的IGBT的最小门极电流。
2.高电压隔离：由于IGBT控制端与功率电源之间存在高电压差，因此门极驱动器具备高电压隔离功能是必要的。
这可以通过选用具有高电压隔离能力的光耦合器或变压器来实现。
3.低电压开关和闭合时间：IGBT门极驱动器应具备较短的开关和闭合时间，以确保IGBT在导通和截止之间能快速切换，减少开关过渡过程中的功耗和损耗。
同时，快速开关和闭合时间还能降低电磁干扰和提高系统的响应速度。
4.强大的抗干扰能力：IGBT门极驱动器应具备强大的抗干扰能力，能够抵御电磁干扰、温度变化、电源波动等外部环境因素的影响。
这可以通过电源滤波、屏蔽和抗干扰电路的设计来实现。
5.安全保护措施：IGBT门极驱动器应具备多重安全保护措施，以确保系统的安全运行。
常见的安全保护功能包括过温保护、短路保护、过流保护和过压保护等。
这些保护功能可以通过无源或有源电路来实现。
6.可靠性和稳定性：IGBT门极驱动器应具备良好的可靠性和稳定性，能够在长期运行和恶劣环境条件下保持正常工作。
为了提高可靠性和稳定性，应选用高质量的器件和元器件，并进行充分的测试和验证。
7.低功耗和高效率：IGBT门极驱动器应具备低功耗和高效率的特点，以节省能源和提高系统的工作效率。
这可以通过优化电路设计、降低开关损耗和改进功率传输效率来实现。
8.应用灵活性：IGBT门极驱动器应具备较高的应用灵活性，能够适应不同的IGBT型号、功率级别和工作条件。
这可以通过提供丰富的接口和调节选项来实现。
9.低噪声和电磁兼容性：IGBT门极驱动器应具备低噪声和良好的电磁兼容性，能够减少电磁干扰和对其他电子设备的影响。
IGBT模块：技术、驱动和应用课件：基本电路与应用实例
DC-AC逆变器
相对于两电平逆变器，三电平逆变器有许多优点 损耗降低 输出滤波器更小 输出电压或电流的失真度降低 电磁兼容（EMC）性能得到提升 系统成本降低
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
DC-AC逆变器
三电平模块/三电平桥臂
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
简介
换流：在变换器的运行期间（通常）电流周期性的从一个
半导体开关换流到另一个半导体开关。这个过程被称为电 流换流或换流。
外部换流 内部换流
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
主动前端：IGBT 辅助主动开关
AC-DC整流器和制动斩波器
启动时：每个辅助开关分别与相对应的开关VT1、VT3和VT5共 发射极串联连接，通过PWM控制给直流母线充电，这样就可以限制 电力半导体器件的电流。
正常工作：辅助开关开通（引入额外通态损耗，提高驱动电压）
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
制动斩波器 消耗再生制动能量
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
AC-DC整流器和制动斩波器
主动前端：SCR
不需要制动电阻 再生的能量反馈到电网
需要有源逆变单元 机构和控制复杂 存在换流失败的可能
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
U out
IGBT选型的要求
IGBT的选型要求、设计理念及在风能中的应用热3已有 125 次阅读2011-09-28 12:09要做高功率设计，需要选择合适的IGBT，并在此基础上合理设计和应用IGBT。
本文从介绍IGBT选型的四大基本要求及三大设计理念入手，再辅以IGBT在风能中的应用案例，旨在帮助工程师正确选择合适的IGBT，并合理设计和应用IGBT，从而实现高功率密度的设计。
本文整理自第七届新型节能设计技术研讨会，更详细的内容请浏览：/public/seminar/content/type/review/sid/341 IGBT选型的四个基本要求做高功率设计时，IGBT的选型要考虑到四个基本要求，一个就是明确知道IGBT 的安全工作区，只要在安全工作区之内，怎么应用IGBT都可以；第二个是在热设计上的限制，还有结构上面、可靠性上面。
1.1 安全工作区在安全上面，主要指的就是电的特性，除了常规的变压电流以外，还有RBSOA（反向偏置安全工作区）和短路时候的保护。
这个是开通和关断时候的波形，这个是相关的开通和关断时候的定义。
我们做设计的时候，结温的要求，比如长期工作必须保证温度在安全结温之内，做到这个保证的前提是需要把这个模块相关的应用参数提供出来。
这样结合这个参数以后，结合选择的IGBT的芯片，还有封装和电流，来计算产品的功耗和结温，是否满足安全结温的需求。
1.2 热限制热限制就是我们脉冲功率，时间比较短，它可能不是一个长期的工作点，可能突然增加，这个时候就涉及到另外一个指标，动态热阻，我们叫做热阻抗。
这个波动量会直接影响到IGBT的可靠性，就是寿命问题。
你可以看到50赫兹波动量非常小，这个寿命才长。
1.3 封装要求封装要求主要体现在外部封装材料上面，像我们现在这种封装形式，这个是ECONO DUAL3的例子，主要是描述材料在污染情况下，是否能够满足一些要求。
在结构上面，其实也会和封装相关，因为设计的时候会布局和结构的问题，不同的设计它的差异性很大。
igbt标准
igbt标准IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种广泛应用于功率电子领域的晶体管器件，它具有结构简单、开关速度快、功耗低等优点，因此在电动汽车、变频空调、电力传输等领域得到了广泛的应用。
IGBT标准是指对IGBT器件进行测试和评估的标准，其制定的目的是为了保证IGBT器件的质量和性能，以及为用户提供可靠的参考依据。
本文将对IGBT标准进行详细介绍，以便读者更好地了解和应用IGBT器件。
首先，IGBT标准主要包括对器件的电气特性、可靠性、环境适应性等方面的测试要求。
在电气特性测试中，主要包括静态参数测试（如导通压降、关断压降、漏电流等）、动态参数测试（如开关速度、反向恢复时间等）以及温度特性测试等。
这些测试可以全面评估IGBT器件的电气性能，确保其在实际工作中能够稳定可靠地工作。
其次，在可靠性测试方面，IGBT标准要求对器件进行长期稳定工作测试、温度循环测试、湿热循环测试等。
这些测试能够验证IGBT器件在不同工作条件下的可靠性，为用户提供了对器件寿命和可靠性的参考数据。
此外，IGBT标准还包括对器件的环境适应性测试，主要是针对器件在高温、低温、高湿度等恶劣环境下的工作能力进行测试。
这些测试能够评估IGBT器件在各种环境条件下的适应性，为用户提供了在特定环境条件下使用IGBT器件的指导。
总的来说，IGBT标准的制定是为了保证IGBT器件的质量和性能，为用户提供可靠的参考依据。
通过对器件的电气特性、可靠性、环境适应性等方面进行全面测试，可以确保IGBT器件在实际应用中能够稳定可靠地工作。
因此，对于IGBT器件的生产厂家和使用者来说，严格遵守IGBT标准是非常重要的。
在实际应用中，IGBT标准的制定和执行对于推动IGBT器件的技术发展和应用具有重要意义。
只有通过严格的测试和评估，才能确保IGBT器件在各种工作条件下都能够可靠地工作，为电力电子领域的发展提供有力支持。
(国内标准)IGBT驱动保护及典型应用
（国内标准）IGBT驱动保护及典型应用IGBT驱动保护及典型应用Sy摘要IGBT（绝缘栅双极晶体管）是壹种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的壹种新型复合器件,它同时具有MOSFET的高速开关及电压驱动特性和双极晶体管的低饱和电压特性，易实现较大电流的能力，既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大的优点。
近年来IGBT成为电力电子领域中尤为瞩目的电力电子器件，且得到越来越广泛的应用。
本文主要介绍了IGBT的基本结构、工作原理、驱动电路，同时简要概括了IGBT模块的选择方法和保护措施等，最后对IGBT的实际典型应用进行了分析介绍，通过对IGBT 的学习，来探讨IGBT于当代电力电子领域的广泛应用和发展前景。
关键词：IGBT；绝缘栅双极晶体管；驱动电路；保护电路；变频器；电力电子器件目录引言11、IGBT的基本结构12、IGBT的工作原理32.1 IGBT的工作特性33、IGBT的驱动53.1驱动电路设计要求53.2 几种常用IGBT的驱动电路64、IGBT驱动保护74.1 驱动保护电路的原则74.2 IGBT栅极的保护84.3 IGBT的过电流保护94.3.1 驱动过流保护电路的驱动过流保护原则94.3.2 IGBT过流保护电路设计94.3.3具有过流保护功能的IGBT驱动电路的研究114.5 IGBT的过热保护154.6 IGBT驱动保护设计总结155.IGBT专用集成驱动模块M57962AL介绍16结论20参考文献21引言随着国民经济各领域和国防工业对于电能变换和处理的要求不断提高，以及要满足节能和新能源开发的需求，作为电能变换装置核心部件的功率半导体器件也起着越来越重要的作用。
IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）自1982年由GE公司和RCA公司宣布以来，引起世界许多半导体厂家和研究者的重视，伴随而来的是IGBT的技术高速发展，其应用领域不断扩展它不仅于工业应用中取代了MOSFET和GTR（GiantTransistor，巨型晶体管），甚至已扩展到SCR（Silicon ControlledRectifier，可控硅整流器）和GTO（GateTurn-OffThyristor，门控晶闸管）占优势的大功率应用领域，仍于消费类电子应用中取代了BJT和MOSFET 功率器件的许多应用领域IGBT额定电压和额定电流所覆盖的输出容量已达到6MVA，商品化IGBT模块的最大额定电流已达到3.6kA，最高阻断电压为6.5kV，且已成功应用于许多中、高压电力电子系统中。
IGBT器件的工作原理和在风力发电中的应用
IGBT器件的工作原理和在风力发电中的应用IGBT，全称绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor），是一种混合元件，既有MOSFET的高输入阻抗和低开关频率，又有双极型晶体管的高电流承载能力和低导通电阻。
它主要由三个部分组成：n型和p型半导体层组成的双极型晶体管部分，以及一个绝缘栅极。
当我们给IGBT的栅极施加一个正电压时，MOSFET部分会导通，形成一个导电通道，从而使得双极型晶体管部分导通，形成电流。
当我们去掉栅极的正电压时，MOSFET部分会关闭，从而使得IGBT截止，断开电流。
通过控制栅极电压的施加和移除，我们可以精确控制IGBT的导通和截止，从而实现电能的高效转换和控制。
在风力发电领域，IGBT器件被广泛应用于变频器和整流器等关键部件中。
以我国某知名风力发电机为例，它采用了先进的IGBT变频器技术，使得风力发电机能够在不同的风速下，通过调整IGBT导通和截止的时机和频率，实现对电机转速和扭矩的精确控制，从而提高了发电效率，降低了维护成本。
IGBT器件在风力发电中的应用还体现在它的可靠性高，寿命长，以及易于模块化和集成化。
传统的风力发电机往往需要多级变频器和整流器，而采用IGBT技术的风力发电机则可以通过集成化的设计，减少设备的体积和重量，降低系统的复杂度和维护成本。
总的来说，IGBT器件以其独特的工作原理和在风力发电中的优异表现，为我们提供了一种高效，可靠，以及易于控制的电力电子器件。
我相信，随着科技的进步和市场需求的增长，IGBT器件在风力发电领域的应用将会越来越广泛，为我们的绿色能源事业做出更大的贡献。
重点和难点解析：在上述内容中，有几个重点和难点需要特别关注。
IGBT器件的工作原理，尤其是它结合了MOSFET和双极型晶体管的特性，这是理解IGBT的基础。
IGBT在风力发电中的应用，尤其是在变频器和整流器等关键部件中的作用，这是理解其在风力发电领域价值的关键。
IGBT栅极驱动的参数要求和驱动条件
IGBT栅极驱动的参数要求和驱动条件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种集成了MOSFET （金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）特性的功率半导体器件。
它在高压和高电流应用中具有低导通压降和高开关速度的优势，广泛应用于各种交流或直流驱动系统中。
为了确保IGBT的正常工作和稳定性，需要满足以下的参数要求和驱动条件：1.驱动电压：IGBT需要足够的驱动电压来打开和关闭，这个电压通常是5V至15V之间的电压。
过低的驱动电压将导致IGBT无法完全开启，而过高的电压则可能导致电路故障或产生过大的功耗。
2.驱动电流：IGBT的驱动电流需要足够大，以确保其快速开启和关闭。
一般情况下，驱动电流应为IGBT额定电流的10%至30%。
如果驱动电流过小，IGBT可能无法完全开启，从而导致导通压降增大和功耗增加。
如果驱动电流过大，可能会造成电流和功率浪费。
3.上升时间和下降时间：IGBT的上升时间和下降时间决定了其开关速度。
通常情况下，上升时间和下降时间应尽可能短，以减少开关过程中的功耗。
为了实现更快的开关速度，可以采用专用的驱动电路或芯片，如光耦隔离驱动器。
4.脉冲宽度：IGBT的工作需要根据特定的应用进行脉冲宽度调制。
脉冲宽度可以通过外部控制信号（如PWM信号）来调节。
脉冲宽度的控制可以实现IGBT的开关控制和功率输出的调节。
5.抗干扰能力：IGBT需要具有较好的抗干扰能力，以保证其在工作过程中不受外界的电磁干扰和噪声干扰。
为了减少驱动过程中的电磁干扰，可以采用抗干扰设计的驱动电路或模块。
除了上述参数要求外，IGBT的驱动条件还需要满足以下几个方面：1.保证驱动电路的稳定性和可靠性，防止驱动电流的波动或噪声干扰，采用适当的滤波和隔离措施。
2.控制IGBT的开启和关闭时间，调整驱动电路的延时时间和响应速度，以适应不同的应用要求。
3.保护IGBT免受过电流、过压和过温等异常情况的影响。
IGBT模块：技术、驱动和应用
IGBT模块：技术、驱动和应用IGBT模块是一种集成了多个功率晶体管的集成电路，它能够承受高电压和高电流，广泛应用于电力变换和工业控制领域。
IGBT模块的技术、驱动和应用，是电力电子学、微电子学和电气工程领域的重要内容。
本文将针对IGBT模块的技术、驱动和应用进行详细的分析和讨论。
一、技术1. IGBT的结构和原理IGBT模块采用了IGBT功率晶体管技术，是一种高功率半导体器件。
IGBT由P型掺杂的底部导电层、N型的发射区、P 型区域和N型区域组成。
IGBT的结构与三极管相似，但它在结构上融合了场效应晶体管（FET）和双极型晶体管（BJT）的优点。
IGBT的输出开关特性类似于MOSFET，控制端需要施加正向偏置电压才能开启它。
然而，IGBT模块的输出电容较大，需要控制端施加负向电压才能关闭它。
2. IGBT模块的特性（1）高平均功率：IGBT模块能够承受高电压和高电流，适用于高功率应用。
（2）低电压降：IGBT模块的导通电阻比较低，导通时的电压降较小。
（3）快速开关：IGBT模块的响应速度较快，可以实现高频开关。
（4）耐高温：IGBT模块的工作温度范围宽，可以在高温环境下工作。
3. IGBT模块的制造工艺IGBT模块的制造过程包括晶体管芯片制造、封装和模块组装三个步骤。
晶体管芯片制造是IGBT模块制造的核心，它需要进行掺杂、生长晶片、刻蚀和沉积等多个步骤。
封装使晶体管芯片和引脚封装在一起，并对晶片进行保护。
模块组装是将多个IGBT芯片、散热器和电容器等部件组合起来形成一个完整的IGBT模块。
组装包括焊接、粘接和测试等多个工序。
4. IGBT模块的散热和保护IGBT模块的高功率和高温度会导致散热问题。
散热系统需要有效地排放IC模块产生的热量。
通常采用散热片、散热器和风扇等来散热。
保护系统需要检测IGBT模块的输出信号和工作状态，并及时停止或调节当前的工作状态以保证工作的稳定性和可靠性。
通常采用过流保护、过压保护和过温保护等方式进行保护。
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分类情况
IGBT产品已从第一代的PT型发展到目前第四代的SPT 型(PT→NPT → Trench → SPT/CSTBT)，但各厂家不同代之 间的技术定义不尽相同；从开关速度分有低速(≤8KHz)、中 速(8－40KHz)和高速(40KHz以上)；封装方式主要有单管朔 封和模块封装，两者都各有不同系列，特别是模块封装有单 管、多管、PIM和IPM；从栅极技术特点分平面栅极和立体 (Trench)栅极；从基区电场行为的技术特点分有穿通型(PT) 、非穿通型(NPT)和软穿通型(SPT) 。
发展趋势
功率电路的发展要求仍然是高频化、高输出功率、高 效和低噪声，由此而对器件提出的综合要求除了具有低损 耗、高开关速度、高反向耐压、高dV/dt耐量、安全工作区 宽等特点外，在低噪声（芯片技术与封装技术结合）和抗 干扰方面有更进一步要求。 IGBT技术在过去的十几年内经历了快速发展阶段。目 前芯片技术的主要特点是四种技术共存的局面，其中SPT技 术正逐步取代NPT技术成为主流技术。已能批量提供SPT技 术芯片的厂家是ABB、INFINEON和MITSUBISHI。未来3年内 Si材料IGBT芯片的综合性能将有进一步完善（UPS选型），
基本特性介绍
二、导通特性 由于结构上的特点，IGBT的通态压降包含了驱动用 MOSFET的压降和P-N结的结压降之和，它与门极驱动电压有 密切关系，在额定栅极电压范围内，电压降随栅极电压增加 而减小。但应用上栅极电压的增加受短路时的集电极电流要 求限制。 和功率晶体管一样IGBT工作时引入了电导调制效应使导 通压降得到减小，这一点还可以基本消除器件的额定电压对 导通压降的影响。但是随着电导调制程度的增加使IGBT出现 了擎住效应。通态压降的温度系数较小（深入一点可以讨论 以下正温度系数和负温度系数问题）。
பைடு நூலகம்
基本特性介绍
三、开关特性 IGBT开关特性涉及的主要内容是开关速度和开关损耗， 开关损耗主要决定于开关速度，因此研究开关特性可集中讨 论开关速度。IGBT的开关速度直接受基区中的少子寿命影响 ，不能通过外部驱动电路来缩短开关时间。IGBT的关断时间 远大于深饱和状态的GTR器件，使得其关断损耗增加。 由于关断时间的延长，在半桥式电路中，为了避免上下 桥臂同时导通，必须增加死区时间。 IGBT的开关性能随温 度升高而降低。
发展趋势
芯片技术的另一发展方向是SiC材料的应用，2006年将有SiC 材料IGBT面市。 IGBT技术发展的另一研究领域是封装技术，主要任务是 解决散热、热疲劳和对自身的干扰问题。目前在大电流模块 封装技术方面改善热疲劳性能的途径是采用新型的基板材料 ：Al2O3→AlN→AlSiC（大容量选型）。
IGBT培训资料
IGBT基础和应用要求 物品部功率器件组 2002-07
内容提纲
一、分类情况 二、基本特性——结构及特点、导通特性、开关特性、 ESD 三、参数解读——IFAV、ICM、 VCES、 VCE（ON）、 VGE、 PD、TJM Cies、Cres、Qg、tr、tf、 Eon 、 Eoff 四、驱动与保护技术、并联使用 五、降额使用和失效 六、发展趋势 七、问题与思考
参数解读
tr ：10%至90％集电极电流； td（off）：90％的栅极电压至90％的集电极电流； tf ：90%至10％集电极电流。 值得注意的是开关时间只为估算开关速度和预留死区时 间提供依据，而不能据此来推算开关损耗，导通能量Eon与 栅极电荷Qg存在更为密切的关系，关断能量Eoff的计算除了 考虑下降时间外还应考虑10%集电极电流以后的拖尾电流部 分。开关能量与栅极电阻、工作电流、工作温度有关，各厂 家对Eon和 Eoff定义所选取的时间段也稍有差异，因而比较数 据表上给出的数值并不确切。
参数解读
一、连续集电极电流（IC）与饱和压降VCE（ON） 在规定的壳温下通过额定直流电流时，IGBT的结温将被提 升到极限值。其通流能力随温度上升近似呈直线下降，饱和压 降则为电流和温度的函数。厂家一般会给出25℃壳温和另一壳 温条件（80℃~110℃不等）条件下的集电极连续电流值，同时 会给出IC－TC、VCE（ON）－ IC曲线。 二、 脉冲集电极电流（ICM） 最大集电极脉冲电流值ICM是由避免动态擎住而确定的，它 的大小与壳温、脉冲宽度和占空比有关。
参数解读
六、输入电容Cies、密勒电容Cres即栅极电荷Qg 输入电容Cies 为栅极与集电极之间的电容CGC及栅极与 发射极之间的电容CGE之和；栅极电荷是与发射极电压直接 相关的一个参数，其大小对估算栅极驱动电路的功率要求有 直接意义；密勒电容Cres＝ CGC。由于密勒电容的存在，使 得IGBT在开通过程中减小了VGE上升速度，而在关断过程则 减小集电极电流IC的下降速度，两者均使开关损耗增加。因 此，设法将密勒电容的数值减到最小一直成为器件设计制造 的任务之一。 七、开关时间td（on）、tr、 td（off）、tf，开关能量Eon、Eoff td（on）：10％栅极电压至10％的集电极电流；
问题与思考
1、为何IGBT的栅极电压通常应限制在20V以内？ 2、在IGBT应用电路中，栅－发射极之间并入齐纳二极管 的作用是什么？为什么它应尽可能就近地同该器件相连？ 3、IGBT在应用时串入栅极电阻，它对IGBT的行为有那些 重要影响？ 4、在高频应用中，为什么在中小电流范围以MOSFET常见 、而在大电流范围则以IGBT常见？ 6、在桥式应用中有哪些因素引发IGBT因穿通而损坏？ 7、IGBT的脉冲集电极电流通常定义在两倍平均电流值， 为什么？
基本特性介绍
减少少子寿命的工艺和加入收集少子的N+缓冲层，通常可缩 短复合时间。但是这样由于PNP管的增益降低进而使导通压降增 加。 IGBT的开通过程与理想开关之间存在无可克服的差异，主 要表现在栅极电阻RG、栅射极电容CGE、发射极杂散电感LE和密 勒电容CGC对栅极电压的综合影响。 四、ESD IGBT的栅氧比小功率MOSFET和MOSIC的要厚，这使得它 对静电不如后两者敏感。但是IGBT毕竟是MOS栅器件，应用中 须有防静电措施。
谢谢！
驱动、保护及并联使用
2、为使瞬变和振荡减到最小，应在栅极串联一个低值的电阻（几 到几百 不等，见厂家推荐的数值或图表）； 3、栅－发射极之间应设计齐纳二极管，并尽可能近地同该器件相连 4、驱动电路布线必须采用适当的接地，驱动电流导线尽可能短； 5、避免主回路导电条与驱动电路混合或相交； 6、驱动器电源两端须有高频旁路方式，并尽可能接近驱动电路； 7、必要时具有高压电平偏转功能和单电源驱动用自举功能； 8、采用集成模块式驱动。
驱动、保护及并联使用
一、驱动方式与驱动要求 栅极驱动设计牵涉IGBT的有效开关、损耗及短路能力 ，其性能好坏与应用的可靠性有直接联系。IGBT的驱动方 式从易到繁分直接驱动、电流源驱动、双电源驱动、隔离 驱动（又分变压器隔离与光电隔离）、集成模块式驱动， 在需要有延迟开通功能时多采用光电隔离驱动或集成模块 驱动方式。综合起来、驱动设计的一般要求有以下几点： 1、栅极驱动电路必须能够传送一个与总的栅极电荷乘以开 关频率相等的平均电流，它也必须能够传送2到3A的峰值电 流。同时能输出用于关断的负电平；
驱动、保护及并联使用
三、IGBT的并联使用 IGBT并联使用时突出的问题是均流，影响均流的直流参 数是VGE(th)、gfs和VCE(on) ，饱和压降偏差不要超过15%，阈 值电压偏差不要超过10%，跨导也要近可能接近。此外，驱 动电阻应分立，以防止出现振荡， 驱动电路、发射极的弥散 电感对并联影响尤其重要，应尽可能地对称。并联的IGBT 应使用同一散热器。尽管采取了以上的措施，并联器件的不 均流问题始终是不能完全排除的，因此、并联使用的IGBT 电流额定值应有一定的降额，其计算方法可参照下式进行：
参数解读
三、集电极—发射极电压（VCES） 它表征了IGBT的正向阻断能力，为了避免MOS结构的正向 PN 结击穿，其两端的电压不能超过这个额定电值。 四、最高栅极—发射极电压（VGES） 栅极电压受栅氧厚度和质量限制，为保证可靠工作并限制故 障状态下的集电极电流，栅极电压通常应限制在20V以内。 五、最高结温TJM和最大功耗PD IGBT能正常工作时其芯片PN 结能承受的最高温度即为最高 结温。对于规定的封装，在壳温25℃条件下当其耗散功率达到 最大功耗值时结温同时提升到最高结温。IGBT的工作寿命与结 温有极为重要的关系。
降额使用和失效
器件降额使用的主要目的是保证器件应用的可靠性。公 司制定的降额总规范定义了(器件)工作区域、(产品)等级，给 出了器件应力降额考核点及其规定和测算方法。IGBT的降额 要求主要有电压、电流、温度三类应力考核点，其中电压应 力分集电极电压合栅极电压、电流应力分平均电流和脉冲电 流、温度应力分壳温和结温。 IGBT的失效模式主要有过电流、过电压、过温和栅极失 效等。桥式应用的IGBT中最具破坏性的一种失效机理是穿通 （推挽输出的两个IGBT同时导通）。
驱动、保护及并联使用
二、保护技术 IGBT的保护技术几乎都是通过对驱动信号的控制来实现 的，这一点更突现出驱动技术的重要。典型的保护技术包含 了控制电压异常保护（过压与欠压）、集电极过流保护、输 入联锁保护、短路保护及系统过热保护。各种保护功能的实 现方法因IGBT的应用场合各有不同，如在变频器应用中， 短路保护和控制信号低电压保护可通过P侧IGBT的驱动电路 来实现，而过流保护、控制信号异常保护、系统过热保护可 通过N侧IGBT驱动电路来实现。此外、为了实现过流保护 时的软关断，可用过流警告信号来控制驱动信号。
基本特性介绍
一、结构及特点 IGBT是由功率MOSFET和GTR复合而成的达林顿结构，因 而是MOS控制型器件。器件制造者们最初的想法是将MOSFET 的高开关速度和GTR的低损耗大电流集成到一个器件身上，实 用阶段的IGBT中这两者是相互制约的，后来其技术研究几乎 都是为了解决这一矛盾而展开（现在又引入了新的内容）。由 此、其栅极结构由平面型改成了立体型，其晶体管结构出现了 穿通型、非穿通型和软穿通型，这些结构购上的变化均使开关 特性和损耗不断得到综合改善。