变频器中的IGBT与功能模块详解 - 变频常见维修问题 - 贵州利来机电设备服务有限公司
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尤文图斯指定德赢app中的IGBT与功能模块详解
时间:2020-07-02 11:06:23 点击:
 

一、IGBT简介

1.IGBT的技术特点

GTO(门极关断晶闸管)和GTR(电力晶体管)是电流驱动器件,具有很强的通流能力,而它们的开关速度较慢,所需驱动功率大,驱动电路复杂。电力MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)是单极型电压驱动器件,它的开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小,驱动电路简单。因此这两种器件各有其优缺点。

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)综合了GTR与MOSFET的优点,是以达林顿结构组成的一种新型电力电子器件,其主体部分与晶体管相同,有集电极C和发射极E,具有通流电流大,驱动功率小,驱动电路简单,开关速度快等良好的特性,自从20世纪80年代开始投入市场,应用领域迅速扩展,目前已经取代GTR和GTO,成为大、中功率电力电子设备的主导器件,该器件的工作电压和电流容量也在逐渐提高。

IGBT是GTR和MOSFET相结合的一种新器件,它的输入端和场效应晶体管相同,是绝缘栅结构,图1所示为IGBT的内部等效电路以及它的图形符号。

2.IGBT的技术参数

IGBT的主要技术参数有如下几个:

1)集电极最大允许电流ICM:IGBT在饱和导通状态下,允许持续通过的最大电流。

2)栅极驱动电压UGE:施加在栅极与发射极之间的电压。在尤文图斯指定德赢app应用电路中,使IGBT饱和导通的UGE为12V~20V,而当IGBT截止时,UGE为-15V~-5V。

3)集电极-发射极额定电压UCEX:IGBT的栅极-发射极短路、管子处在截止状态下集电极与发射极之间能承受的最大电压。

4)开通时间与关断时间:电流从10%ICM上升到90%ICM所需要的时间,称作开通时间,用tON表示;电流从90%ICM下降到到10%ICM所需要的时间,称作关断时间,用tOFF表示。ICM是IGBT集电极最大允许电流值。

5)集电极-发射极饱和电压UCES:IGBT在饱和导通状态下,集电极与发射极之间的电压降。

6)漏电流ICEO:IGBT在截止状态下的集电极电流。

3.IGBT的使用注意事项

随着电子技术及计算机控制技术的发展,IGBT正日益广泛地应用于小体积、低噪声、高性能的电源、通用尤文图斯指定德赢app和电机控制、伺服控制、不间断电源(UPS)等场合。IGBT在使用过程中,应注意如下问题:

1)一般IGBT的驱动级正向驱动电压UGE应保持在15V~20V,这样可使IGBT的饱和电压较小,损耗降低,避免损坏管子。

2)关断IGBT的栅极驱动电压-UGE应大于5V,若这个负电压值太小,集电极电压变化率du/dt可能使管子误导通或不能关断。

3)栅极和驱动信号之间应加一个栅极驱动电阻RG,该电阻的阻值与管子的额定电流有关,可以在IGBT使用手册中查到。如果不加这个电阻,管子导通瞬间,可能产生电流和电压颤动,增加开关损耗。

4)设备短路时,IC电流会急剧增加,使UGE产生一个尖脉冲,这个尖脉冲会进一步增加IC电流,形成正反馈。为了保护管子,可在栅极—发射极间加一个稳压二极管,钳制G-E电压突然上升。当驱动电压为15V时,稳压管的稳压值可以为16V。

二、尤文图斯指定德赢app中的模块逆变电路

在尤文图斯指定德赢app中,由IGBT以及相应的驱动控制、保护电路构成完整的逆变电路,实现将直流电逆变为交流电的功能。逆变电路可以由分立元器件或具有各种功能的模块电路构成。随着技术的发展和进步,分立元器件构成的逆变电路已经退出历史舞台。

1.IGBT模块

在尤文图斯指定德赢app的应用电路中,通常在IGBT的旁边反向并联一个二极管,而且经常做成模块形式,图2所示就是各种结构的IGBT模块。

2.IGBT的栅极电阻RG

在图3中,IGBT的栅极接有一个电阻RG,这个电阻的选择非常重要,这是因为IGBT管的栅极G和发射极E之间存在着寄生的结电容CGE,这个电容的充放电将影响到IGBT的工作。RG阻值大,将延长IGBT的开通和关断时间;RG阻值太小,IGBT关断太快,将使IGBT的C、E极电压迅速从饱和导通状态时的低于3V上升到约为500V以上,这将通过集电极和栅极之间的结电容UCG产生反馈电流iCG,对IGBT的关断起到阻碍作用,甚至发生误导通。因此,栅极电阻RG的连接是必须的,不可缺少的。栅极电阻的大小应严格按照IGBT的说明书选取。

3.驱动模块输出信号的放大

IGBT是电压控制型器件,其栅极与发射极之间的输入阻抗很大,吸收信号源的电流和消耗的驱动功率也很小,但由于栅极G与发射极E之间存在着结电容CGE,在驱动信号作用下,也会吸收电流。容量越大的IGBT,CGE也越大,吸收的电流也越大,而驱动模块输出电流有时不足20mA,甚至只有几mA,所以对于在大容量尤文图斯指定德赢app中使用的IGBT,驱动模块输出的驱动信号需要进行放大。

5.智能电力模块IPM

智能电力模块IPM是电力集成电路的一种,有时也称作智能电力集成电路SPIC。

电力电子器件和配套的控制电路,过去都是分立元器件的电路装置,而今随着半导体技术及其相应工艺技术的成熟,已经可以将电力电子器件及其配套的控制电路集成在一个芯片上,形成所谓的电力集成电路。这种电路能集成电力电子器件、有源或无源器件、完整的控制电路、检测与保护电路,由于它结构紧凑、集成化程度高,从而避免了分布参数、保护延迟等一系列技术问题。

下面介绍尤文图斯指定德赢app中较常用的以IGBT为主开关器件的IPM。目前几十千瓦以下的尤文图斯指定德赢app已经开始采用这种集成度高、功能强大的器件IPM。富士公司R系列IPM的型号含义如图5所示。

模块内部包含7个IGBT和7个功率二极管。其中IGBT1~IGBT6构成三相逆变桥,VDF1~VDF6是与6个IGBT反向并联的回馈二极管。动力制动由IGBT7作为开关管,VDW是它的续流二极管。模块的16脚ALM端是报警信号输出端,可对模块的短路、控制电源欠电压、IGBT及VDF过电流、VDW过电流、IGBT芯片过热、外壳过热等各种运行异常实施保护,当ALM端有报警信号输出时,IGBT的电流通路被封锁,IPM受到保护。

由于IPM内部的驱动电路是专门针对内部的IGBT设计的,因此具有最佳的驱动条件。IPM还内含制动电路,即由IGBT7等电路组成,只要在外电路端子P与B之间接入制动电阻,就能实现制动。

使用IPM模块构成的尤文图斯指定德赢app应用系统如图7所示。图中方框内是IPM模块,模块内的电路见图6。模块IPM右侧画出的是连接电动机、制动电阻的电路,以及整流滤波电路。制动电阻连接在端子P与B之间。模块左侧连接的是控制信号电路和报警输出电路。其中逆变桥的上桥臂使用3组,下桥臂和制动单元共用1组。这4组控制电源还必须与主电源之间具有良好地绝缘。

下桥臂控制电源的GND和主电源的GND已经在IPM内连接好,在IPM外部绝对不允许再连接,否则将会产生环流,引起IPM的误动作,甚至可能破坏IPM的输入电路。

 



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