进入尖端应用的IGBT

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       IGBT是新型电力电子器件的主流器件之一,国外IGBT已发展到第三代。可以毫不夸张的说,没有IGBT,就没有现今高铁的发展。IGBT在设计上将MOS和双机型晶体管结合起来,在性能上兼有双极型器件压降小、电流密度大和MOS器件开关快、频率特性好的双重优点:在制造业上、在高电压、大电流的晶闸管制造技术基础上采用了集成电路微细加工技术。

 

       绝缘栅双极型晶体管(IGBT)越来越多地并入电力系统设计中,以减少损耗并改善开关性能。让我们看一下针对不同应用程序的一些潜在解决方案。最初于1980年代开发的三端功率半导体器件克服了诸如闩锁和二次击穿等问题的早期问题。它们为设计工程师在诸如家用电器,车辆和镇流器等应用中提供了可行的电源开关选项。

 

       IGBT技术将功率MOSFET的高速开关性能与双极晶体管的高电压/大电流处理能力结合在一起。通常,IGBT等效电路是MOSFET晶体管和双极晶体管的组合。

 

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       与其他类型的晶体管相比,使用IGBT的主要优点是相对较快的开关速度,较低的驱动功率以及归因于输入MOS栅极结构的简单驱动电路。由于电导率调制,它还具有非常低的导通状态电压降,并具有出色的导通状态电流密度。例如,在使用变频驱动器(VFD)的情况下,IGBT会快速开关电流,以至于较少的电压会流到电动机,从而有助于创建脉宽调制(PWM)波来控制电动机的速度。

 

       IGBT技术可用于多种电压等级,额定电流和拓扑结构(例如半桥,全桥)。它们可以用于广泛的应用中,并且对于中速和高压应用是一个特别好的选择。最小化电源系统尺寸和重量的日益增长的需求正在增加使用IGBT技术(拓扑,材料等)最新技术的IGBT模块的设计,此外,还使用功率半导体封装的最新技术。

 

  • 工业电机驱动器

 

       调节电动机(例如泵,风扇等)的效率,速度,位置和扭矩的一个不错的选择是使用半导体器件(例如IGBT),这些器件可以帮助以最少的切换时间或以最小的切换时间将电流切换到电动机。传导周期损耗。

 

       电动机驱动器的挑战之一是由于电动机绝缘系统的固有局限性而限制了开关速度。大多数电动机制造商通常建议在最坏情况下,对于400 V电动机,不超过dv / dt限制,大约不超过5 kV /μs,以避免电压尖峰和上升时间,这可能导致电弧放电并最终导致线圈绝缘故障。

 

  • 再生能源

 

       太阳能和风能应用使用大功率半导体器件来优化发电和网络连接。在大规模可再生项目中使用高功率电平时,IGBT是一个极好的选择。

 

       在太阳能逆变器应用中,逆变器将直流电压从太阳能电池板转换为交流电压。后者可用于使用单相交流正弦电压波形,其频率和电压取决于逆变器的设计,从而为交流负载(例如照明,家用电器,电动工具等)供电。有许多IGBT选项可以帮助满足这些要求

 

  • 汽车行业

 

       电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)包括行驶电动机,该行驶电动机通过使用电力转换系统来转换存储在高压电池中的直流(DC)电力来驱动。IGBT模块主要用于此类功率转换系统,并且由于必须在有限的空间内安装许多功率组件(例如,高压电池,功率转换系统,电动机等),因此它们必须紧凑。

 

       带有双面冷却板的IGBT模块是集成功率单元(IPU)的一部分,用于集成功率模块(IPM)。正如下图,与传统的单面冷却模块方法相比,具有薄而轻的冷却板的双面冷却结构将功率密度提高了30%以上。

 

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       根据Mordor Intelligence的数据,2017年IGBT市场价值为45亿美元,预计到2023年将达到78亿美元,在预测期间(2018年至2023年),复合年增长率为9.62%。功率半导体器件(例如IGBT)不仅在可再生能源企业的发展中起着重要作用,而且在电动汽车和混合动力汽车的技术开发中也起着重要作用。

 

       设计IGBT产品的主要参与者-英飞凌科技,富士电气有限公司,罗姆有限公司,赛米控国际有限公司,达因克斯半导体,ABB有限公司-看到了不同市场的潜在机会,因此期望未来会有更多的IGBT创新。 

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电子行业的“CPU”——IGBT

早在1979年,MOS栅功率开关器件作为IGBT概念的先驱即已被介绍到世间。之后的80年代初期,用于功率MOSFET制造技术的DMOS(双扩散形成的金属-氧化物-半导体)工艺被采用到IGBT中来。紧接着90年代中期,沟槽栅结构又返回到一种新概念的IGBT。在这种沟槽结构中,实现了在通态电压和关断时间之间折衷的更重要的改进。直到现在,大电流高电压的IGBT已模块化,它的驱动电路除上面介绍的由分立元件构成之外,现在已制造出集成化的IGBT专用驱动电路.其性能更好,整机的可靠性更高及体积更小。

高铁的IGBT究竟为何物

IGBT,是半导体器件的一种,主要用于电动车辆、铁路机车及动车组的交流电电动机的输出控制。传统的BJT导通电阻小,但是驱动电流大,而MOSFET的导通电阻大,却有着驱动电流小的优点。IGBT正是结合了这两者的优点:不仅驱动电流小,导通电阻也很低。这种晶体管结合了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的高电流单栅控制特性及双极性晶体管的低饱和电压的能力,在单一的IGBT器件里,会透过把一个隔离的场效应晶体管(FET)结合,作为其控制输入,并以双极性晶体管作开关。

MOSFET与IGBT究竟孰胜孰负?

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进入尖端应用的IGBT

IGBT是新型电力电子器件的主流器件之一,国外IGBT已发展到第三代。可以毫不夸张的说,没有IGBT,就没有现今高铁的发展。IGBT在设计上将MOs和双机型晶体管结合起来,在性能上兼有双极型器件压降小、电流密度大和MOS器件开关快、频率特性好的双重优点:在制造业上、在高电压、大电流的晶闸管制造技术基础上采用了集成电路微细加工技术。

用基本的物理原理理解IGBT——并联均流不简单

IGBT与FRD、晶闸管等无元胞器件相比,天生就是并联的。模块封装中更是需要多芯片并联。正是因为并联,才使得IGBT器件的功率容量得以扩展。可以说,没有并联,就不是IGBT。 但是这里面就牵扯到并联均流问题。