機(jī)車電力電子技術(shù) 課件 2.2 IGBT

復(fù)習(xí)提問1.晶閘管結(jié)構(gòu)、類型；2.晶閘管的簡(jiǎn)易測(cè)試方法；用萬(wàn)用表的R×1k擋或R×100檔測(cè)量陽(yáng)極與陰極的正、反向電阻都應(yīng)很大，然后用黑表筆接陽(yáng)極，紅表筆接陰極，再用黑表筆碰門極，若正向電阻大幅下降，且黑表筆離開門極電阻不會(huì)變大，說(shuō)明晶閘管能正常觸發(fā)工作。陰極K陽(yáng)極A門極G3.雙極型器件的特點(diǎn)，單極型器件特點(diǎn)；雙極型：導(dǎo)通壓降低，電壓電流定額大，輸入阻抗低?？刂菩阅軓牟缓?，功耗大。單極型：開關(guān)時(shí)間短，工作頻率高，響應(yīng)快，輸入阻抗高?？刂菩阅芎?。導(dǎo)通壓降高，電壓、電流定額小。結(jié)構(gòu)、符號(hào)開關(guān)條件開關(guān)原理特性參數(shù)模塊保護(hù)2-2認(rèn)知IGBT容量電流容量10~3300A，電壓等級(jí)600~8000V,開關(guān)頻率10~100kHz.優(yōu)點(diǎn)輸入阻抗高、開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)，又有通態(tài)電壓低、耐壓高優(yōu)點(diǎn)。半橋單管全橋芯片2-2認(rèn)知IGBT一、結(jié)構(gòu)、類型和符號(hào)2.類型復(fù)合型-全控型-電壓控制型器件。3.電氣符號(hào)集電極發(fā)射極ECG1.結(jié)構(gòu)IGBT全稱絕緣柵雙極型晶體管，是雙極型晶體三極管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管復(fù)合構(gòu)成的電力電子器件。2集電極3發(fā)射極1柵極柵極晶閘管開關(guān)條件P1N1P2N2AGKJ1J2J3IA

IG

2-2認(rèn)知IGBT陽(yáng)極電流小于維持電流時(shí)關(guān)斷；或陽(yáng)極-陰極加反向電壓關(guān)斷。陽(yáng)極-陰極加正向電壓，門極有觸發(fā)電流時(shí)，導(dǎo)通；門極電流消失，依然導(dǎo)通。二、IGBT的開關(guān)條件UGE1.UGE=0，IGBT正向阻斷，燈泡不亮。2.UGE>0，IGBT開通（集射極），燈泡發(fā)光。3.UGE消失，IGBT關(guān)斷，燈泡不亮。2-2認(rèn)知IGBT二、IGBT的開關(guān)條件UGE1.UGE=0，IGBT正向阻斷，燈泡不亮。2.UGE>0，IGBT開通（集射極），燈泡發(fā)光。4.UGE<0，IGBT關(guān)斷（集射極），燈泡不亮?？刂艻GBT的柵極-發(fā)射極電壓，即可控制IGBT通斷。2-2認(rèn)知IGBT3.UGE消失，IGBT關(guān)斷，燈泡不亮。三、IGBT工作原理（開通關(guān)斷由UGE決定）IGBT是一個(gè)電子開關(guān)，其開關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓MOS內(nèi)形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。UGS+正向電場(chǎng),形成溝道基極電流IGBT通

反之，在柵極加負(fù)電壓時(shí)，MOS內(nèi)溝道消失，PNP晶體管基極電流被切斷，使IGBT關(guān)斷。2-2認(rèn)知IGBT四.IGBT的特性1.靜態(tài)特性（1）轉(zhuǎn)移特性開啟電壓2-2認(rèn)知IGBTUGEICIGBT的轉(zhuǎn)移特性描述的是集電極電流IC與柵射電壓UGE之間的關(guān)系。UT是IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓。UT隨溫度升高而略有下降，在25℃時(shí)，UT的值一般為2~6V。（2）輸出特性：分為四個(gè)區(qū):正向阻斷區(qū)、有源區(qū)、飽和區(qū)和反向阻斷區(qū)。在電力電子電路中，IGBT工作在開關(guān)狀態(tài)，是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換，盡量避免工作在有源區(qū)，否則功耗將會(huì)很大。四.IGBT的特性1.靜態(tài)特性2-2認(rèn)知IGBT也稱伏安特性，描述的是以柵射電壓為參考變量時(shí)，集電極電流IC與集射極電壓UCE之間的關(guān)系。正向阻斷區(qū)（1）IGBT的開通過(guò)程（2）IGBT的關(guān)斷過(guò)程IGBT的開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間一般為微秒數(shù)量級(jí)，因此其開關(guān)頻率較高，為kHz以上。四.IGBT的特性2.動(dòng)態(tài)特性（開關(guān)特性）2-2認(rèn)知IGBT集射極阻斷電壓UCES五、IGBT的主要參數(shù)2.集電極最大連續(xù)電流IC3.通態(tài)壓降UCE(on)4.最大集電極功耗PCM7.柵極-發(fā)射極間的漏電流IGES6.集電極-發(fā)射極間漏電流ICES5.柵極-發(fā)射極電壓UGEIGBT為電子開關(guān)，和普通的金屬開關(guān)損耗一樣嗎？IGBT開關(guān)頻率高，功率損耗較大，通態(tài)有壓降，斷態(tài)有漏電流，功耗較大，通常裝有散熱裝置。2-2認(rèn)知IGBT六、

IGBT模塊★IGBT模塊是由絕緣柵雙極晶體管芯片與續(xù)流二極管芯片通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品。容量大、頻率高、開關(guān)損耗較小。一個(gè)單元兩個(gè)單元四個(gè)單元半橋IGBT全橋IGBT2-2認(rèn)知IGBT七、測(cè)試（半橋IGBT）把萬(wàn)用表放在R×10kΩ檔，測(cè)量黑表筆接4端子、紅表筆接5端子，此時(shí)另一黑表筆接3端子，紅表筆接1端子，萬(wàn)用表的指針擺向阻值較小的方向，把表筆對(duì)調(diào)，也有較小的電阻，表明此IGBT單元是完好的。用同樣的方法測(cè)試1、2端子間的IGBT，若符合上述情況，表明IGBT也是完好的?！?.靜態(tài)測(cè)試

把萬(wàn)用表放在R×100Ω檔，測(cè)量黑表筆接1端子、紅表筆接2端子、顯示電阻應(yīng)為無(wú)窮大；表筆對(duì)調(diào)，顯示電阻應(yīng)在500~600Ω。用同樣方法，測(cè)量黑表筆接3端子、紅表筆接1端子，顯示電阻應(yīng)為無(wú)窮大；表筆對(duì)調(diào)，對(duì)應(yīng)電阻應(yīng)在500~600Ω，若符合上述情況，表明此IGBT的兩個(gè)單元沒有明顯的故障。★2.動(dòng)態(tài)測(cè)試2-2認(rèn)知IGBT八、

IGBT保護(hù)

由于IGBT具有極高的輸入阻抗容易造成靜電擊穿，故存放和測(cè)試應(yīng)采取防靜電措施。

將IGBT用于電力變換時(shí)，為了保證安全運(yùn)行，防止異?，F(xiàn)象造成器件損壞，必須采取完備的保護(hù)措施，常用的保護(hù)措施有：（1）通過(guò)檢測(cè)出的過(guò)電流信號(hào)切斷門極（柵極）信號(hào)，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)；（2）利用緩沖電路抑制過(guò)電壓，并限制過(guò)高的電壓變化率du/dt；（3）利用溫度傳感器檢測(cè)IGBT的外殼溫度，當(dāng)超過(guò)允許溫度時(shí)主電路跳閘，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。2-2認(rèn)知IGBT九、

IGBT應(yīng)用

采用IGBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率和質(zhì)量，具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點(diǎn)，是解決能源短缺問題和降低碳排放的關(guān)鍵支撐技術(shù)。2-2認(rèn)知IGBT

和諧系列內(nèi)燃機(jī)車為交—直—交流傳動(dòng)機(jī)車，發(fā)電機(jī)把內(nèi)燃機(jī)提供的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，IGBT構(gòu)成交—直—交變流電路，把交流電轉(zhuǎn)換變壓變頻可調(diào)的交流電，供給交流牽引電機(jī)。HXN3型和諧型內(nèi)燃機(jī)車HXN5型交流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)交流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)九、

IGBT應(yīng)用2-2認(rèn)知IGBTHXD3型（牽引力大）交流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)交流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)HXD3B型

和諧系列電力機(jī)車為交—直—交電傳動(dòng)機(jī)車，接觸網(wǎng)提供25kV/50Hz交流電，由IGBT構(gòu)成交—直—交變流電路，把定壓定頻單相交流電轉(zhuǎn)換三相交流電，輸出電壓、頻率、相位及相序可調(diào)，供給交流牽引電機(jī)。來(lái)完成機(jī)車啟動(dòng)、加速和轉(zhuǎn)換運(yùn)行方向的控制。2-2認(rèn)知IGBT應(yīng)用

新型動(dòng)車組為交—直—交電傳動(dòng)動(dòng)車，接觸網(wǎng)提供25kV/50Hz交流電，由IGBT構(gòu)成交—直—交變流電路，把定壓定頻單相交流電轉(zhuǎn)換三相交流電，輸出電壓、頻率、相位及相序可調(diào)，供給交流牽引電機(jī)。來(lái)完成動(dòng)車組啟動(dòng)、加速和轉(zhuǎn)換運(yùn)行方向的控制。復(fù)興號(hào)動(dòng)車組交流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)CRH380a動(dòng)車組（速度快）2-2認(rèn)知IGBT應(yīng)用2-2認(rèn)知IGBT復(fù)習(xí)1.結(jié)構(gòu)、符號(hào)2.開關(guān)條件3.原理4.特性5.參數(shù)6.模塊7.測(cè)試IGBT是一個(gè)電子開關(guān)，其開關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓MOS內(nèi)形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。

反之，