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一文讀懂IGBT的選型方法

一文讀懂IGBT的選型方法

2022/4/8 13:53:23

IGBT(絕緣柵雙極晶體管)是總線電壓幾百至上千伏的應用的理想之選。作為少數載流子器件,IGBT在該電壓范圍內具備優于MOSFET的導通特性,同時擁有與MOSFET十分相似的柵極結構,能實現輕松控制。此外,由于無需采用集成式反向二極管,這使制造商能夠靈活地選擇針對應用優化的快速“復合封裝”二極管,這與固有MOSFET二極管相反,固有MOSFET二極管的反向恢復電荷Qrr和反向恢復時間trr會隨著額定電壓的升高而增大。

當然,導通效率的提高需要付出代價:IGBT通常具備相對較高的開關損耗,這樣可以降低應用開關頻率。這二者之間的權衡以及其他應用和生產注意事項為數代IGBT以及不同的子類器件的誕生創造了條件。眾多的產品使得在選型時采用嚴格的流程變得十分重要,因為這將對電氣性能和成本產生重大影響。

對于IGBT選型的方法主要通過以下幾個方面:

1、IGBT額定電壓的選擇

三相380V輸入電壓經過整流和濾波后,直流母線電壓的最大值:在開關工作的條件下,IGBT的額定電壓一般要求高于直流母線電壓的兩倍,根據IGBT規格的電壓等級,選擇1200V電壓等級的IGBT。

2、IGBT額定電流的選擇

以30kW變頻器為例,負載電流約為79A,由于負載電氣啟動或加速時,電流過載,一般要求1分鐘的時間內,承受1.5倍的過流,擇最大負載電流約為119A ,建議選擇150A電流等級的IGBT。

3、IGBT開關參數的選擇

變頻器的開關頻率一般小于10kHZ,而在實際工作的過程中,IGBT的通態損耗所占比重比較大,建議選擇低通態型IGBT。

4、影響IGBT可靠性因素

(1)柵電壓

IGBT工作時,必須有正向柵電壓,常用的柵驅動電壓值為15~187,最高用到20V, 而棚電壓與柵極電阻Rg有很大關系,在設計IGBT驅動電路時, 參考IGBT Datasheet中的額定Rg值,設計合適驅動參數,保證合理正向柵電壓。因為IGBT的工作狀態與正向棚電壓有很大關系,正向柵電壓越高,開通損耗越小,正向壓降也咯小。

在橋式電路和大功率應用情況下,為了避免干擾,在IGBT關斷時,柵極加負電壓,一般在-5- 15V,保證IGBT的關斷,避免Miller效應影響。

(2)Miller效應

為了降低Miller效應的影響,在IGBT柵驅動電路中采用改進措施:(1)開通和關斷采用不同柵電阻Rg,ON和Rg,off,確保IGBT的有效開通和關斷;(2)柵源間加電容c,對Miller效應產生的電壓進行能量泄放;(3)關斷時加負柵壓。在實際設計中,采用三者合理組合,對改進Mille r效應的效果更佳。

IGBT是逆變器主要使用的主要功率開關器件,也是逆變器中主要工作器件,合理選擇IGBT是保證IGBT可靠工作的前提,同時,要根據三相逆變電路結構的特點,選擇低通態型IGBT為佳。根據IGBT的棚特性,合理設計柵驅動結構, 保證IGBT有效的開通和關斷, 降低Miller效應的影響。

審核編輯(
王靜
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