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      變頻器IGBT模塊的工作原理和特性
      作者: 日期:2020/4/27 12:10:10 點擊:

      IGBT模塊損壞的原因有哪些?

        變頻器IGBT模塊 的開關作用是通過加正向柵極電壓形成溝道,給 PNP 晶體管提供基極電流,使 IGBT 導通。反之,加反向門極電壓消除溝道,流過反向基極電流,使 IGBT 關斷。 IGBT 的驅動方法和 MOSFET 基本相同,只需控制輸入極 N 一溝道 MOSFET ,所以具有高輸入阻抗特性。

        當 MOSFET 的溝道形成后,從 P+ 基極注入到 N 一層的空穴(少子),對 N 一層進行電導調制,減小 N 一層的電阻,使 IGBT 在高電壓 時,也具有低的通態電壓。

           變頻器IGBT 模塊的工作特性的分類:

        1.靜態特性 IGBT 的靜態特性主要有伏安特性、轉移特性和 開關特性。

      IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓 Ugs 為參變量時,漏極電流與 柵極電壓之間的關系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓 Ugs 的控 制, Ugs 越高, Id 越大。它與 GTR 的輸出特性相似.也可分為飽和 區 1 、放大區 2 和擊穿特性 3 部分。在截止狀態下的 IGBT ,正向電 壓由 J2 結承擔,反向電壓由 J1 結承擔。如果無 N+ 緩沖區,則正反 向阻斷電壓可以做到同樣水平,加入 N+ 緩沖區后,反向關斷電壓只 能達到幾十伏水平,因此限制了 IGBT 的某些應用范圍。

        IGBT模塊 的轉移特性是指輸出漏極電流 Id 與柵源電壓 Ugs 之間的 關系曲線。它與 MOSFET 的轉移特性相同,當柵源電壓小于開啟電 壓 Ugs(th) 時, IGBT 處于關斷狀態。在 IGBT 導通后的大部分漏極電 流范圍內, Id 與 Ugs 呈線性關系。最高柵源電壓受最大漏極電流限 制,其最佳值一般取為 15V 左右。

        IGBT 模塊的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。 IGBT 處于導通態時,由于它的 PNP 晶體管為寬基區晶體管,所以其 B 值 極低。盡管等效電路為達林頓結構,但流過 MOSFET 的電流成為 IGBT 總電流的主要部分。此時,通態電壓 Uds(on) 可用下式表示

        Uds(on) = Uj1 + Udr + IdRoh ( 2 - 14 )

      式中 Uj1 —— JI 結的正向電壓,其值為 0.7 ~ IV ;

      Udr ——擴展電阻 Rdr 上的壓降;

      Roh ——溝道電阻。

      通態電流 Ids 可用下式表示:

      Ids=(1+Bpnp)Imos (2 - 15 )

      式中 Imos ——流過 MOSFET 的電流。不銹鋼門

        由于 N+ 區存在電導調制效應,所以 IGBT 的通態壓降小,耐壓 1000V 的 IGBT 通態壓降為 2 ~ 3V 。

      IGBT 處于斷態時,只有很小的泄漏電流存在。

        2 .動態特性 IGBT 模塊在開通過程中,大部分時間是作為 MOSFET 來運行的,只是在漏源電壓 Uds 下降過程后期, PNP 晶體 管由放大區至飽和,又增加了一段延遲時間。 td(on) 為開通延遲時間, tri 為電流上升時間。實際應用中常給出的漏極電流開通時間 ton 即為 td (on) tri 之和。漏源電壓的下降時間由 tfe1 和 tfe2 組成,如圖 2 - 58 所示

        變頻器IGBT 模塊在關斷過程中,漏極電流的波形變為兩段。因為 MOSFET 關斷后, PNP 晶體管的存儲電荷難以迅速消除,造成漏極電流較長的尾部時間, td(off) 為關斷延遲時間, trv 為電壓 Uds(f) 的上升時間。實際應用中常常給出的漏極電流的下降時間 Tf的 t(f1) 和 t(f2) 兩段組成,而漏極電流的關斷時間t(off)=td(off)+trv 十 t(f) ( 2 - 16 )式中, td(off) 與 trv 之和又稱為存儲時間。


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