高频逆导晶闸管与igbt在大功率斩波中的

《高频逆导晶闸管与igbt在大功率斩波中的》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、高频逆导晶闸管与IGBT在大功率斩波中的可靠性分析在内馈调速系统中，电流型斩波器承担着调速控制的关键工作，因此是系统中极为重要的组成部分。根据内馈调速控制原理，在斩波控制的变流装置中，斩波器几乎承担了全部的调速功率，具有电压高，电流大，而且梯度陡（变化突然）的特点，这些因素直接影响内馈调速系统的可靠运行。现在就当前几家内馈生产厂家在使用斩波控制器件中晶闸管和IGBT的区别同专家们做如下交流：斩波是电子技中的变流技术，说简单点就是通过DC/DC变换器开与关的工作改变电压幅值的大小，实现直流对直流的变换。线路极为简单，理论上只要一个可控的半导体功率器件就可完成，实现起来不应该有什么困难，但是，我

2、们面对的是控制220KW-3000KW的高压异步电动机的调速运行。根据内馈调速的工作原理，斩波电路的电压通常为1200V---3000V，过载能力不小于3倍/5ms；电流则为500A—1500A，过载能力不小于2倍/10ms，如果承担斩波工作的器件不能满足以上要求，产品的可靠性将会大大降低。故障主要集中在承担斩波工作的半导体功率器件上。半导体器件的可靠性简述从控制性能角度观察，半导体的类别可以划分为不控器件半控器件和全控器件等三大类。1)不控器件（二极管）不控器件以二极管为代表，所谓不控是说这种器件没有控制极，不具备弱电控制的导通或关断功能，不控器件虽然性能不完善，但结构简单，可靠性高，是目

3、前所有同条件（额定电压和电流）下可靠性最高的半导体器件。2)半控器件（晶闸管）半控器件以普通晶闸管为代表，该种器件带有控制极，但控制极只能控制器件的导通，却不能控制器件的关断，器件的关断只能靠改变主电路工作条件来实现。半控器件在控制性能上虽然仍不完善，但在可靠性上是唯一能够和不控器件相媲美的器件，原因是：●晶闸管没有介于导通和关断之间的放大区，因此通态内阻最小，发热最少，承受过电流能力极强，可以达到10——15倍的额定电流。●单管电流大，不需要多器件并联。目前大功率晶闸管轻易地可以做到额定电流3000A——5000A，避免了在大电流应用时必须并联，从而产生不均流导致器件损坏问题的发生。●控制

4、触发简单，只需要很窄的脉冲，易于采用变压器实现强弱电的隔离，使弱电控制免受强电干扰，大大提高了控制装置的可靠性。●散热性好。温度是半导体器件可靠性的大敌，理论和实践证明，半导体器件的失效、损坏以及性能蜕变绝大多数原因归结为温度超标。大功率晶闸管普遍采用双面压接安装方式，实现主电路的两极同时散热，热阻最小，散热效果最好，当工作电流大于500A时，采用双面压接散热是目前最可靠的方式。1)全控器件（晶体管）全控器件是指通过控制极实现开通和关断控制的半导体器件，如IGBT（绝缘栅双极晶体管）。晶体管的典型优势是放大，但是在大功率变流技术应用中，由于放大区以及“擎住效应”等因素的存在几乎没有应用的可能

5、。晶体管也可以作开关用，就是使之工作于饱和及截止状态，其优点是技术简单。●IGBT等晶体管的过电流能力很低，和晶闸管对比，IGBT的过电流幅值为额定值的2倍，而晶闸管为15倍，仅不到晶闸管的1/10；而承受过流的时间IGBT仅为10us，晶闸管则为10ms，两者相差近1000倍，晶体管的过流幅值低、时间短给保护造成困难，使器件可靠性降低。●单管电流容量小。晶体管的制造工艺与晶闸管区别很大，目前还不能制造单管电流容量大于100A的器件，额定电流大于150A的IGBT解剖开，内部实际是数个单管为75A的单元并联（附600AIGBT内部解剖图）由于半导体器件的离散性，器件在串并联时将产生不均压和不

6、均流，实现动态均压和均流更加困难，严格地讲，理想的均压和均流是无法实现的。基于IGBT的上述事实，大功率斩波应用至少要多管并联，斩波器的可靠性因此降低。●模块结构散热差。受工艺的约束，大功率IGBT只能制造成模块结构，与双面压接的晶闸管结构对比，模块结构只能单面散热，而且散热平面必须和器件电极相绝缘，本来单面散热就使散热不利，再加上绝缘产生的热阻得。模块结构更为严重的问题是故障可能产生模块爆炸，这种不幸在某公司的IGBT斩波应用实践中已经发生。关于IGBT模块的爆炸，瑞士学者Hansruedi在《大功率器件从工艺现状到将来发展趋势》论文中有以下论述：“另一个通用的问题是键合模块爆炸的危害。现

7、代的IGBT变流器有低分布电感没有限制di/dt的电感。如果失效产生，电容器内存储的能量将会被快速释放。键合线汽化而且绝大多数的能量以等离子体的形式释放，如果等离子体由于模块设计而被限制在一个小的容积中，那么爆炸产生的许多高能碎片将会损坏变流器的基本结构和周围元件，其中还不包括对暴露的工作人员的一系列伤害。”（附图IGBT爆炸图片）●驱动隔离困难。尽管IGBT的驱动电路与信号电路实现了光电隔离，但是驱动电路和