斩波是电力电子控制中的一项变流技术.docx
斩波是电力电子控制中的一项变流技术I）IGBT的额定电流目前，IGBT的额定电流（元件标称的电流）是以器件的最大直流电流标称的，元件实际同意通过的电流受安全工作区的限制而减小，由图1所示的IGBT安全工作区可见，影响通过电流的因素除了c-e电压之外，还有工作频率，频率越低，导通时间越长，元件发热越严重，导通电流越小。It二（乙=2或二63441.57L57式中的Ki为电流裕度系数，取Ki=2,实际能够选择630A标称的晶闸管。假如选择IGBT,则为:Im=3KlId=3x2x500=300IGBT这种沿袭普通晶体管的电流标称准则，在功率开关应用中是否合理，十分值得探讨。但不管结果如何，IGBT的标称电流在应用时务必大打折扣是不争的事实。1）GBT的过流能力半导体元件的过流能力通常用同意的峰值电流IM来衡量，IGBT目前还没有国际通用的标准，按德国EUPEC,日本三菱等公司的产品参数，IGBT的峰值电流定为最大集电极电流（标称电流）的2倍，有IM21C匕七Qc。一对比晶闸管,按国标，峰值电流为Im=IQI=IMIt承受过流的能力强弱是衡量斩波工作可靠与否的关键，要使电路不发生过流几乎是不可能的，负载的变化，工作状态切换的过度过程，都将引发过流与过压，而过流保护毕竟是被动与有限的措施，要使器件安全工作，最终还是要提高器件自身的过流能力。另外，由于受晶体管制造工艺的限制，IGBT很难制成大电流容量的单管芯，较大电流的器件实际是内部小元件的并联，比如，标称电流为600A的IGBT,解剖开是8只75A元件并联，由于元件并联工艺（焊接）的可靠性较差，使器件较比单一管芯的晶闸管在可靠性方面明显降低。二.IGBT的擎住效应IGBT的简化等效电路如图3所示：a）K>Q等效电路H图影符号We贝Ui库图3IGBT的等效电路及晶闸管效应三.IGBT的高阻放大区众所周知，功率半导体器件都是作为开关使用的，有用的工作状态只有导通与截止，放大状态非但没用，反而起负面作用。理由是假如电流通过放大区，由于该区的电阻较大，必定引起剧烈的发热，导致器件烧毁。IGBT从属于晶体管，同样存在高阻放大区，器件在作开关应用时，必定通过放大区引起发热，这是包含IGBT在内的晶体管在开关应用上逊色于晶闸管的原理所在。晶闹管等效电路图4a晶闸管的PNPN结构与等效电路四.IGBT的封装形式与散热关于半导体器件，管芯温度是最重要的可靠条件，几乎所有的技术参数值都是在同意温度（通常为120o140oC）条件下才成立的，假如温度超标，器件的性能急剧下降，最终导致损坏。模块式结构多用于将数个器件整合成基本变流电路，比如，整流、逆变模块，具有体积小，安装方便,结构简单等优点，缺点是器件只能单面散热，而且要求底板既要绝缘又要导热性能好（实现起来很困难），只适用于中小功率的单元或者器件。五.IGBT的并联均流问题从理论上讲，IGBT在大电流状态具有正温度系数，能够改善均流性能，但是毕竟有限，加上可控半导体器件的均流还要考虑驱动一致性，否则，既使导通特性一致，也无法实现均流，这样，就给IGBT并联造成了极大困难。六.IGBT的驱动与隔离问题可控半导体器件都存在操纵部分，晶闸管与晶体管也不例外。为了提高可靠性，要求驱动或者触发部分务必与主电路严格隔离，两者不能有电的联系。七.结束语附表1、2总结了晶闸管与IGBT部分性能的对比：器件性能参数一晶闸管“(KPKK)/IGBTy（晶体管）*结论一器件等效双稳态触发器Q放大器。前者最适合开关应用F有无高阻放大区2无-有y最好无放大区C封装方式平板压接式。模块式散热K双面C单面"双面散热好C管芯模式*大型面式小型点式一d内部结构一单一管芯C多管芯并联。单管可靠C额定标称电流，L57q0.5-Wd浪涌标称电流/1045"2P通态压降“1.532.550电流上升率控制一外部内部。靠内部，曷发热损坏附表ISCR（晶闸管）与IGBT的部分性能对比附表2SCR与IGBT的触发、驱动性能对比一器件。晶闸管，IGBT（晶体管）-结论QP性能，导通。门极触发C棚极驱动"一致Q2关断*翻底儡嬲殛。后者优、简单方便.2适用脉冲变压器适用一不适用一驱动隔离易c难&无隔离易干扰C脉冲驱动前沿/电平一IGBT斩波受器件容量与晶体管特性的限制，在较大功率（500KW以上）的内馈调速应用上还存在问题，其中要紧表现在承受过流、过压的可靠性方面。不能以IGBT的全控优点，掩盖其存在的不足，科学实践需要科学的态度。IGCT与IGBT目前都存在依靠进口与价格昂贵的问题，受其影响，给我国的斩波内馈调速应用造成不小的困难，维修费用高，器件参数把控难，供货时间长等因素都应该在产品化时慎重考虑。尽管普通晶闸管存在关断困难的缺点，假如能够加以解决，仍然是近期大功率斩波应用的主导方向，理由是普通晶闸管的其它优点是晶体管无法替代的。
