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一文读懂IGBT的选型方法

一文读懂IGBT的选型方法

2022/4/8 13:53:23

IGBT(绝缘栅双极晶体管)是总线电压几百至上千伏的应用的理想之选。作为少数载流子器件,IGBT在该电压范围内具备优于MOSFET的导通特性,同时拥有与MOSFET十分相似的栅极结构,能实现轻松控制。此外,由于无需采用集成式反向二极管,这使制造商能够灵活地选择针对应用优化的快速“复合封装”二极管,这与固有MOSFET二极管相反,固有MOSFET二极管的反向恢复电荷Qrr和反向恢复时间trr会随着额定电压的升高而增大。

当然,导通效率的提高需要付出代价:IGBT通常具备相对较高的开关损耗,这样可以降低应用开关频率。这二者之间的权衡以及其他应用和生产注意事项为数代IGBT以及不同的子类器件的诞生创造了条件。众多的产品使得在选型时采用严格的流程变得十分重要,因为这将对电气性能和成本产生重大影响。

对于IGBT选型的方法主要通过以下几个方面:

1、IGBT额定电压的选择

三相380V输入电压经过整流和滤波后,直流母线电压的最大值:在开关工作的条件下,IGBT的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍,根据IGBT规格的电压等级,选择1200V电压等级的IGBT。

2、IGBT额定电流的选择

以30kW变频器为例,负载电流约为79A,由于负载电气启动或加速时,电流过载,一般要求1分钟的时间内,承受1.5倍的过流,择最大负载电流约为119A ,建议选择150A电流等级的IGBT。

3、IGBT开关参数的选择

变频器的开关频率一般小于10kHZ,而在实际工作的过程中,IGBT的通态损耗所占比重比较大,建议选择低通态型IGBT。

4、影响IGBT可靠性因素

(1)栅电压

IGBT工作时,必须有正向栅电压,常用的栅驱动电压值为15~187,最高用到20V, 而棚电压与栅极电阻Rg有很大关系,在设计IGBT驱动电路时, 参考IGBT Datasheet中的额定Rg值,设计合适驱动参数,保证合理正向栅电压。因为IGBT的工作状态与正向棚电压有很大关系,正向栅电压越高,开通损耗越小,正向压降也咯小。

在桥式电路和大功率应用情况下,为了避免干扰,在IGBT关断时,栅极加负电压,一般在-5- 15V,保证IGBT的关断,避免Miller效应影响。

(2)Miller效应

为了降低Miller效应的影响,在IGBT栅驱动电路中采用改进措施:(1)开通和关断采用不同栅电阻Rg,ON和Rg,off,确保IGBT的有效开通和关断;(2)栅源间加电容c,对Miller效应产生的电压进行能量泄放;(3)关断时加负栅压。在实际设计中,采用三者合理组合,对改进Mille r效应的效果更佳。

IGBT是逆变器主要使用的主要功率开关器件,也是逆变器中主要工作器件,合理选择IGBT是保证IGBT可靠工作的前提,同时,要根据三相逆变电路结构的特点,选择低通态型IGBT为佳。根据IGBT的棚特性,合理设计栅驱动结构, 保证IGBT有效的开通和关断, 降低Miller效应的影响。

审核编辑(
王静
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