变频电源

在开关状态，所以要求越过这个区的时间越短越好，尽量不停
留在放大区，从而减小损耗，因而gm参数不重要。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.5 IGBT的基本特性——伏安特性
Ⅲ区叫做饱和区。在这个区，电流iD与VGE不再呈线性关
系，这时的VDS就是IGBT的饱和压降，用VCES表示，IGBT的
VCES一般为2～4V。
vGE 栅极触发电压
VGE(Th) 0 ton
VG+
toff
ton：开通时间 toff：关断时间 t
VG集电极电流
iD 0 vCE
IDM+
t
导通压降
0
VCES t
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.6 IGBT的安全工作区
IGBT在开通状态、关断状态和短路状态的安全工作区各有 不同： IGBT开通状态安全工作区 iD（A） 又叫正向偏置安全工作区，简 称FBSOA，如左图所示。 IGBT的FBSOA由最大额定电 ICM 流线ICM、最高额定电压线 VCER和最大允许功耗线（或最 大允许的结温）所围成。导通 时间越短、消耗功率越小，安 t 全工作区就越宽。
注入区 D 漏极（集电极）
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.3、IGBT的基本结构、等效电路和电路符号
RDR是厚基区GTR基 区的扩展电阻。 IGBT是以GTR为主 导元件，MOSFET为 驱动元件的达林顿 结构器件。右图所 示 为N沟道IGBT， MOSFET为N沟道型， GTR为PNP型。
D RDR
SiO2
这个N+区是可有可无的，但是这 个N+区对IGBT的性能是有影响的。 没有N+区的为对称型IGBT，其反 向阻断能力很强，但是导通时压 降稍高，关断时间稍长。有N+区 的为非对称型IGBT，其导通压降 低，关断时间短，但反向阻断能 力弱，耐压低。 IGBT是在功率MOSFET的漏极下又 加了一个P+层发射极，形成一个 PN结J1，并由此引出漏极D。门 极G和源极S则完全同MOSFET相似。 由结构图可以看出，IGBT相当于 一个由MOSFET驱动的厚基区GTR。
ACL 滤波
变压器
输出
波形 预置
PWM 调制
输出 反馈
载波
2、原理框图
输入
整流 滤波
逆变 电路
ACL 滤波
变压器
输出
基波
PWM 调制
波形 反馈
载波
3、主电路简图
DCL GU1 MC1 R D GV1
输 出
ACL
输 入
MCB1
MC
C GX1 GY1
RL
3Φ 380V 50Hz
基波
SPWM逆变输出
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
大值叫做IGBT的峰值电流，用ICM表示。IGBT的ICM与峰值
脉冲电流的宽度有很大关系，一般地，若宽度为1ms，有 ICM≈2 Ice 。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.7 IGBT的主要参数
④ 栅电容CiCE 门极和发射极之间的输入等效电容称为IGBT的栅电容， 用CiCE表示，有时也称为IGBT的输入电容，用CiSS表示。
0 FBSOA曲线 VCER VDS（V）
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.6 IGBT的安全工作区
IGBT在开通状态、关断状态和短路状态的安全工作区各有 不同：
iD（A） ICM dv/dt
因为IGBT在关断状态时栅 极为反向偏置，所以其关断 安全工作区又叫反向偏置安 全工作区，用RBSOA表示， 如左图所示。IGBT的 RBSOA由最大额定电流ICM 线、最高额定电压线VCER线 和dv/dt耐量限制围成。
4.7 IGBT的主要参数
IGBT的主要参数
额 定 电 压
饱 和 压 降
额 定 电 流
峰 值 电 流
栅 极 电 容
耐 量
额 定 结 温
最 大 功 耗
热 阻
dv/dt
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.7 IGBT的主要参数
① 额定电压
IGBT的额定电压就是其允许的最高集射电压，用VCER （或VCES ）表示，也称为IGBT的耐压。IGBT的 VCER一般 取集射击穿电压BVCE的一定比例，通常VCER ＝（0.6～0.8） BVCE 。
率，称为IGBT的最大功耗，用PCM表示，它是由管子的额定 结温和热阻决定的。在实际应用中，要保证实际功耗不能大 于这个值。 热阻Rth是指单位功耗引起的管芯的温升，即 Rth＝ΔT/P 式中 ΔT——管芯的温升（℃） P——管芯的功耗（W）
由于IGBT的输入电容CiSS比较大， dv/dt产生的能使得IGBT
误导通所需的位移电流也比较大，所以IGBT能承受的dv/dt 耐量也比较大，具体限制可以参考各产品手册。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.7 IGBT的主要参数
⑥ 额定结温、最大功耗和热阻 IGBT的额定结温Tj因封装形式不同而不同，一般塑封 单管的Tj为150℃，而模块封装的IGBT额定结温Tj为125℃。 在室温（25℃）下，IGBT开关管最大允许的耗散功
+ G ID + +
IGBT简化等效电路
S
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.3、IGBT的基本结构、等效电路和电路符号
D（漏极）
C（集电极）
G（栅极） S（源极） N沟道IGBT电路符号
G（门极）
E（发射极） 对于P沟道的IGBT，电路符号中的 箭头方向与N沟道恰好相反。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.2、IGBT简介
IGBT是绝缘栅双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的英文缩写。它是MOSFET与GTR的复合器件。 因此，它既具有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、热稳
定性好、驱动电路简单（电压驱动）等优点，又包含了GTR
的载流量大、通态压降低，阻断电压高等多项优点，是取代 MOSFET和GTR的理想开关器件。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.3、IGBT的基本结构、等效电路和电路符号
IGBT结构剖面图
绝缘层 基体区 外延生长 漂移区 缓冲区 单晶硅衬底 G 门极（栅极）
S 源极（发射极）
SiO2
NJ3 J2 J1 NP NN+ P+
4.4 IGBT工作原理
IGBT的开通和关断是由门极电压来控制的。当门极施以 正向电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极 电流，从而使IGBT导通。此时，从P+区注入到N-区的空穴
（即少子）对N-区进行电导调制，减小N-区的电阻RDR，使
高耐压的IGBT也具有低的通态压降。当门极上施以反向（负） 电压时，MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切 断，IGBT即为关断。
波形失真度：THD， 英文全称Total Harmonic Distortion的 缩写。是指电流各次谐 波含量占基波电流含量 百分比。一般指的是以 2次~39次谐波总量与 基波电流的百分比，再 高次的谐波因绝对值太 小而忽略不计。
2、原理框图
输入 3φ380V ±10% 50Hz
整流 滤波
逆变 电路
VCE
1X 200V 1200V
VCE
IGBT的短路安全工作区很重要，它表明了IGBT输出短路 电流的承受能力，简称SCSOA。IGBT的SCSOA和电路电压、管芯 结温、门极电压和脉冲宽度都有关。不同规格的管子的SCSOA 也不相同wk.baidu.com上图分别给出了600V和1200VIGBT对应的SCSOA。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
变 频 电 源 简 介
装备部 王玉麟
2014年9月
1、海一二期电源简介
1.1、概述
它是一种输出频率可调的电源装置，不仅可以 实现常规波形如正弦波、方波、锯齿波等波形输出， 而且还能实现任意波形的输出，根据工艺的需要可 以实现定电压控制或定电流控制。
1、海一二期电源简介
1.2、技术指标
输入：3φ380VAC±10％，50Hz； 输出：1φ，电流0~额定值连续可调； 工作模式：恒流，24h连续； 波形失真度（sin wave）：≤3％ 频率稳定度：≤±2%； 电流稳定度： ≤±2% 效率：≥77%； 功率因素：≥0.9； 环境要求：室内、海拔1000m以下、0~45℃、30~95% RH；
VDS
截止区
IGBT的输出伏安特性 是指其输出电流iD（或 IC）、集射电压VDS （或VCE）和栅极电压 VGS（或VGE）之间的 关系。见左图,这个特 性曲线分为四个区： 截止区、线性放大区、 饱和区、击穿区。
伏安特性
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.5 IGBT的基本特性——伏安特性
Ⅰ区为截止区，也叫阻断区。这时VGE≈0或VGE＜＜VGE(Th) （门极开启电压）；电流iD很小，它只是C、E间的漏电流ICEO， 即VGE≈0时的集射电流。 Ⅱ区为线性放大区。iD与VGE呈线性关系，即： iD＝gm VGE 式中，gm叫做IGBT的跨导，代表其放大能力。由于IGBT工作
iD
0 VGE（Th）
VGE
转移特性
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.5 IGBT的基本特性——静态开关特性
iD
ON
OFF 0
VDS
IGBT的静态开关特性见左图。 在逆变电路中，在每一个时刻， IGBT要么工作在截止状态，要 么工作在饱和导通状态。但每一 个开关过程都要从一个状态快速 转为另一个状态，要求这个经过 放大区的过程尽可能短，这就是 IGBT的静态开关特性。
② 饱和压降
IGBT的饱和压降也叫通态压降，是指IGBT处于饱和导 通状态下的VCE，用VCESat 表示。IGBT的VCESat与GTR类似， 一般在2～4V之间 。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.7 IGBT的主要参数
③ 额定电流Ice和峰值电流ICM IGBT导通时，集电极允许通过的最大电流有效值称为 IGBT的额定电流，用Ice 表示，而允许通过的集电极电流最
4.1、功率半导体器件的发展历程
SITH静电 感应晶闸管
SCR 晶闸管 MCT/GCT MOS控制晶闸管 GTR大功 率晶体管 MOSFET 场效应管 IGCT集成门 极换流晶闸管 SIT静电感 应晶体管
GTO门极可 关断晶闸管
IEGT注入式增 强栅极晶体管
IGBT绝缘 门极晶体管
IPM智能型 功率模块
静态开关特性
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.5 IGBT的基本特性——动态特性
IGBT的动态特性是指其在开通和关断过程中集电极电流iD和 集射电压VCE的变化曲线，也叫做开关特性曲线。 IGBT的开关特性分为开通过程和关断过程两部分。IGBT的 开通、关断时间与集电极电流iD和栅极电阻RG等均有关系。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.5 IGBT的基本特性
输出伏安特性 静态特性 转移特性
IGBT的基本特性
静态开关特性
开通特性
动态特性 关断特性
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.5 IGBT的基本特性——伏安特性
线性放大区 iD
VGE增加
击穿区 饱和区
Ⅲ Ⅱ Ⅰ 0 VCES Ⅳ
VRM
BVCE
10X
条件： VCC≤400V TJ=25~125℃ VGE=±15V tw=10μs RG=625（A·Ω） /IC（rated）
10X
条件： VCC≤400V TJ=25~125℃ VGE=±15V tw=10μs RG=313（A·Ω） /IC（rated）
6X
600V模块
6X
1200V模块
1X 100V 600V
Ⅳ区为击穿区。C、E之间的电压VCE高到击穿电压BVCE后， 即使VGE不变，iD也会增加，这就是过压击穿，应用时要防止出 现这种情况。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.5 IGBT的基本特性——转移特性
IGBT的转移特性是 指iD与VGE的关系特性曲 线，见左图。当VGE很小 时，iD≈0，VGE升到VGE （Th）时，iD开始明显升高， VGE进一步增加时，ID呈 线性增长，进入线性放大 区。 VGE（Th）被称为 IGBT的门极开启电压， 一般为3～6V。
VCER VDS（V）
0
RBSOA曲线
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.6 IGBT的安全工作区
IGBT输出短路分两种情况：开通过程中的 输出短路和已经开通后的输出短路。第一 种情况时IGBT承受的短路电流要比第二种 短路电流小得多，如图实线区域。
IGBT在开通状态、关断状态和短路状态的安全工作区各有 IC 不同： IC
IGBT的CiCE越小越好，这样可以使开关速度更快些。不同
规格、不同厂家的IGBT的CiCE或CiSS也不相同。一般地， CiSS＝3000～30000pF。
4、IGBT（绝缘栅双极晶体管）
4.7 IGBT的主要参数
⑤ dv/dt（电压上升率） 与MOSFET一样，IGBT各极之间都存在等效电容，所 以，CE之间所能承受地电压上升率dv/dt也不能过大。但是，