小孙学变频学习笔记（三）变频器的逆变器件—IGBT管（上）

一、小孙学变频学习笔记

1.3 变频器的逆变器件—IGBT管

IGBT管的主要参数

漏电流

• IGBT管在变频器中主要作用是开关，所以饱和导通时应该尽可能加大G，E中间的电压，截止的时候应该在G，E中间加反向电压，确保截止的可靠性，而如果不是做为开关使用，反向电压就没必要了，对应下图两种情况
  

• 漏电流（Iceo） 是在IGBT处于关断状态时（即栅极-发射极电压Vge = 0V），集电极和发射极之间的微小电流。这是由于器件在关断状态下存在的少量载流子（例如，热激发的电子或空穴），而导致的电流。
  漏电流通常非常小，在正常工作中是不可忽略的，但它代表了IGBT在没有栅极控制电压的情况下，集电极和发射极之间的非零电流。

• 当IGBT处于导通状态时，栅极-发射极电压Vge大于门槛电压（Vge_th），使得IGBT内部的导通通道形成，此时集电极和发射极之间的电流是由负载驱动的正常工作电流。这个电流并不属于漏电流，而是设备正常导通时的工作电流。

压降

• 额定工作条件下低压开关管如3DK4的压降是0.3V，工作电流是0.8A，而IGBT管如12MB1200N的压降是3.3V，工作电流是200A，前者比后者优秀吗
• 进行实际等效电阻的计算：
  • 3DK4B：0.3V/0.8A = 0.375Ω
  • 2MB1200N：3.3V/200A = 0.0165Ω
  • 可以发现实际情况IGBT更好

开通时间和关断时间

• 2MB1200N的参数为t_ON = 1.2μs t_OFF = 1.5μs
• 环境温度升高或者集电极电流增大都会导致开通时间和关断时间延长

功耗

1. 通态损耗Ps = Ic * U_CES，是集电极电流和饱和压降的乘积
2. 开关损耗，和温度相关
   
3. 反并联的续流二极管的功耗

IGBT管的驱动电路

驱动电压的要求

1. 正向电压。U_GE的大小，直接影响着IGBT的饱和程度，具体地反映在饱和压降U_CES上，U_GE越大，U_CES就越小。一旦在负载侧发生短路时，IGBT承受短路电流的能力将越差
   通常，选 U_GE = 15(1+10%)V
2. 反向电压。反向电压的作用，一是缩短关断时间，二是万一在 G、E间出现干扰信号，也能保证 IGBT处于截止状态。但太大了也会产生副作用，如不利于下一次IGBT管的迅速导通等。
   通常，选 U_GE = -10 ~ -5V
3. 控制极电阻的要求。在驱动模块和IGBT的控制极之间，是需要接入控制极电阻 R_G的，如图 1-23(a)所示。而R_G的大小，将直接影响着 IGBT 的开通时间和关断时间
   通常，选 R_G = 100 ~ 500Ω
   

• EXB841
  是日本富士公司生产的快速型IGBT驱动专用模块，适用于300A/1200V以下IGBT的驱动电路
  

• 图中的DW是一个稳压二极管

• 当从15输入控制信号时，VT1导通VT2截止，U_GE = +15V，IGBT导通

• 当不输入控制信号时，VT2导通VT1截止，U_GE = -5V，IGBT截止

• IGBT的6个驱动电路有所不同，上面三个相互绝缘，作为UVW的输出，下面三个同时和直流电源的负极相连，可以共用一个驱动电路
  

稳压二极管

• 如1N4100

• 外观和符号
  

• 压降和电流，肖特基可通过电流最大，稳压一般使用其反向击穿特性工作
  

• 反向耐压
  

• 肖特基的特点是断电可以快速恢复截止，一般用在高频整流电路

• 稳压二极管的伏安特性曲线，一般反向击穿时电压会基本保持在反向击穿电压，不会变高很多，但是电流过大会导致烧坏，所以一般配合限流电阻使用
  

• 常见的稳压二极管
  

• 稳压电路，小于7.5V直接输出，高于则会被稳定在7.5V，上面的限流电阻会分掉一部分电压，由稳压二极管主导，把电压稳定到7.5V
  

• 常见结构
  

附学习参考网址

1. 这篇让你快速搞懂IGBT的静态特性 - 知乎
2. 3DK4B低压开关管
3. 富士2MB1200N IGBT管
4. 五花八门的二极管图形符号，到底表达了什么？ - 知乎
5. 稳压二极管

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