电力电子技术模块五——项目10.ppt

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1、电力电子技术2010年6月项目十认识绝缘门极晶体管（IGBT）【学习目标】·观察绝缘门极晶体管IGBT的外形，让同学们认识器件的外形结构、端子及型号。·通过测试，会判别器件的端子、判断器件的好坏。·掌握器件的基本参数，学会器件的选择，培养成本核算意识。一、项目分析变频器的逆变电路是通过控制功率开关管的导通与截止，将直流电转换为频率和电压都任意可调的交流电源。绝缘门极晶体管IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）也称绝缘栅极双极型晶体管，是一种新发展起来的复合型电力电子

2、器件。由于它结合了MOSFET和GTR的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低，耐压高和承受电流大的优点，是变频器理想的开关。那么，IGBT的基本结构和工作原理是怎样的？如何选择？使用时有哪些需要注意的问题？下面来介绍相关知识。二、相关知识（一）绝缘门极晶体管（IGBT）的结构和基本工作原理1．IGBT的基本结构2．工作原理IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，它是一种压控型器件。其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的，当UGE为正且大

3、于开启电压UGE（th）时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流使其导通。当栅极与发射极之间加反向电压或不加电压时，MOSFET内的沟道消失，晶体管无基极电流，IGBT关断。（二）IGBT的基本特性与主要参数1．IGBT的基本特性（1）静态特性（2）动态特性2．主要参数1）集电极—发射极额定电压UCES：这个电压值是厂家根据器件的雪崩击穿电压而规定的，是栅极—发射极短路时IGBT能承受的耐压值，即UCES值小于等于雪崩击穿电压。2）栅极—发射极额定电压UGES：IGBT是电压控制器件，靠加

4、到栅极的电压信号控制IGBT的导通和关断，而UGES就是栅极控制信号的电压额定值。目前，IGBT的UGES值大部分为+20V，使用中不能超过该值。3）额定集电极电流IC：该参数给出了IGBT在导通时能流过管子的持续最大电流。（三）IGBT的驱动电路1．对驱动电路的要求1）IGBT是电压驱动的，具有一个2.5~5.0V的阀值电压，有一个容性输入阻抗，因此IGBT对栅极电荷非常敏感，故驱动电路必须很可靠，保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与IGBT的连线要尽量短。2）用内阻小的驱动源对栅极电容充放

5、电，以保证栅极控制电压UCE有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，栅极驱动源应能提供足够的功率，使IGBT不退出饱和而损坏。3）驱动电路中的正偏压应为+12~+15V，负偏压应为-2~-10V。4）IGBT多用于高压场合，故驱动电路与整个控制电路在电位上应严格隔离。5）驱动电路应尽可能简单实用，具有对IGBT的自保护功能，并有较强的抗干扰能力。6）若为大电感负载，IGBT的关断时间不宜过短，以限制di/dt所形成的尖峰电压，保证IGBT的安全。2．驱动电路阻尼滤波光电隔

6、离（四）IGBT的保护电路三、项目实施（一）认识IGBT外形IGBT外形如图所示。对于TO封装的IGBT管的管脚排列是将管脚朝下，标型号面朝自己，从左到右数，1脚：栅极或称门极（G），2脚：集电极（C），3脚：发射极（E），如图（a）。对于IGBT模块，器件上一般标有管脚，如图（b）。（二）解释IGBT型号的含义（1）IGBT型号的含义IGBT管各国厂家的型号命名不尽相同，但大致有以下规律：1）管子型号前半部分数字表示该管的最大工作电流值，如：G40××××、20N××××就分别表示其最大工作电流为

7、40A、20A。2）管子型号后半部分数字则表示该管的最高耐压值，如：G×××150××、××N120x××就分别表示最高耐压值为1.5kV、1.2kV。3）管子型号后缀字母含“D”则表示该管内含阻尼二极管。但未标“D”并不一定是无阻尼二极管，因此在检修时一定要用万用表检测验证，避免出现不应有的损失。（三）IGBT的简单测试（1）IGBT管脚判别将万用表拨在R×1K挡，用万用表测量时，若某一极与其它两极阻值为无穷大，调换表笔后该极与其它两极的阻值仍为无穷大，则判断此极为栅极（G）。其余两极再用万用表测

8、量，若测得阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小。在测量阻值较小的一次中，则判断红表笔接的为集电极（C)：黑表笔接的为发射极（E）。（2）IGBT测试判断好坏用万用表的R×10K档，将黑表笔接IGBT的集电极（C)，红表笔接IGBT的发时极(E)，此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅极（G）和集电极（C)，这时IGBT被触发导通，万用表的指针摆向阻值较小的方向，并能指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极（G）和发射极（E)，这时IGBT被阻断，万用表的指针