功率模块IGBT、IPM、PIM的性能及使用时有关问题的综述.pdf

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1、中国电口二技术学会电办电于，学会第护、届学术年会论文案功丰模块IGBT,IPM,PIM的性能及使用时有关问题的综述张选正佛山贺盛达电机厂1IGBT主要用途IGBT是先进的第三代功率模块，工作频率1-20KHZ，主要应用在变频器的主回路逆变器及一切逆变电路，即DC/AC变换中。例电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源、无轨电车等。问世迄今有十年多历史，几乎己替代一切其它功率器件，例SCR.GTO,GTR,MOSFET，双极型达林顿管等泪今功率可高达1MW的低频应用中，单个元件电压可达4.OK

2、V(PT结构)一6.5KV(NPT结构)，电流可达1.5KA，是较为理想的功率模块。追其原因是第三代IGBT模块，它是电压型控制，输入阻抗大，驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率高，元件容量大等优点。实质是个复合功率器件，它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体化。又因先进的加工技术使它通态饱和电压低，开关频率高(可达20KHZ),这两点非常显著的特性，最近西门子公司又推出低饱和压降(2.2V)的NPT-IGBT性能更佳，相继东芝、富士、IR,摩托罗拉亦己在开发研制新

3、品种。IGBT发展趋向是高耐压、大电流、高速度、低压降、高可靠、低成本为目标的，特别是发展高压变频器的应用，简化其主电路，减少使用器件，提高可靠性，降低制造成本，简化调试工作等，都与IGBT有密切的内在联系，所以世界各大器件公司都在奋力研究、开发，予估近2-3年内，会有突破性的进展。目今已有适用于高压变频器的有电压型HV-IGBT,IGCT，电流型SGCT等。2关断浪涌电压在关断瞬时流过IGBT的电流，被切断时而产生的瞬时电压。它是因带电动机感性负载(L)及电路中漏电感(LP)，其总值L*p=L十L

4、p则Vp*二Vce+Vp而Vp=L*pdUdt在极端情况下将产生Vp*Vces(额定电压)导致器件的损坏发生，为此要采取尽可能减小电感(L)，电路中的漏电感(Lp卜由器件制造结构而定，例合理分布，缩短到线长度，适当加宽减厚等。3恢复浪涌电压续流二极管是为当IGBT下臂关断，电感性电流就可在上臂续流管提供通路，(这时处正向导通)，它将减小di/dt值，防止产生过电压。但又当下臂导通时，续流二极管反向恢复，变为负值而关断，电流将要下降为零值，因Lp存在要产生浪涌电压，阻止电流的下降，尤其当使用硬恢复二极

5、管时，将产生较高的反向恢复di/dt值，可导致很高的瞬时电压出现。4缓冲电路形式用以控制关断浪涌电压和恢复浪涌电压，以减少模块的开关损耗及瞬时过电压值而采用的。虽然IGBT具有强大的开关安全-L作区，但需控制瞬时电压值，而缓冲电路在每次开关循环中都可通过IGBT放电，故有一定功耗产生，但能确保使用的安全。中国电工技术学会电办电予学会布,月学术年会论文条图1-A仅有一个低电感量的电容器组成，对小功率一单元模块，可接在c和E之间，对六合一封装模块可接P和N之间，对减小瞬变电压有效、简单、成本低、适用小功

6、率器件。IFBTc月rz，月匕本弓补十CIT

7、月d誉不—劝———日圈1通用IGBT级冲电路图1-B使用快速二极管，它可箱住瞬变电压，从而抑制与母线寄生电感，作减幅振荡。RC为时间常数，设为开关周期1/3(即z二T/3=1/3fz)，适用中功率器件。豁种、州任6lW!1门j口Jr气卜困.德’饭J图2避免接地回路噪声图1-C类似B图，但具有更小的回路电感，它直接于每个IGBT的c极和E极，并使用一个小型RCD(阻容二极管)效果较好，能抑制缓冲电路的寄生振荡，适用大功率器件具体推荐值见表I.5减小功率电路

8、的电感肠·中国电工技术学会电办电子学会第J、届学术年会论文寨浪涌电压的能量与1/2LpI成正比，因此减小LP是主要的，可选用多层正负交叉，宽偏形迭层母线，包括IGBT间联接，与大电容器的联接等，例大功率变频器的母排等，都采用上述方法，例罗克韦尔A-B公司等变频器就是这样的方法来减小功率电路的电感。根块型号推莽设计值'VOL,感r<冲电路缓冲电w"iI.-I路瓜冲电竹叹,中HY人﹃(nil)，110.1七感(nH)(pr)IOA-50A竺200n1-047圣1一八或七了幸韶1075A-200A?06-

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