單片機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告教材

1、功率電子學(xué)考試作品論文名稱：電力電子器件IGBT姓 名：專業(yè)班級(jí)：電信11學(xué) 號(hào)：中南大學(xué)物理與電子學(xué)院16目錄第一章整體概述 4第二章發(fā)展前景5第三章結(jié)構(gòu)特點(diǎn)6第四章工作特性 7第五章工作原理 9第六章工業(yè)應(yīng)用 11第七章結(jié)語(yǔ) 15引言】電力電子技術(shù)是以電力為對(duì)象的電子技術(shù) ,它的主要任務(wù)是對(duì)電能進(jìn)行控制 和變換。隨著微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ,不斷涌現(xiàn)出新型的電力半導(dǎo)體 器件 ,并通過(guò)發(fā)展逐步將電力電子技術(shù)劃分為傳統(tǒng)電力電子技術(shù)（以半控型電力器件為核心 ） 和現(xiàn)代電力電子技術(shù) （以全控型器件為核心 ）。尤其 近幾年電力電子技 術(shù)始終與逆變電源領(lǐng)域的發(fā)展密不可分 ,越來(lái)越成為該領(lǐng)域中的

2、重要組成部分 ,也 極大地帶動(dòng)了逆變領(lǐng)域的飛速發(fā)展。IGBT （Isolated Gate Bipolar Transistor）是絕緣門極雙極型晶體管，它是 20 世紀(jì) 80年代末 90 年代初迅速發(fā)展起來(lái)的新興復(fù)合功率開(kāi)關(guān)器件，屬全控型自關(guān)斷器件。由于它將MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身，即MOSFET輸入阻抗高、 開(kāi)關(guān)損耗?。s為GTR的1/3）、速度快（可在1050kHz頻率下工作）、熱穩(wěn)定 性好、電壓驅(qū)動(dòng)功率?。挥钟?GTR 控制電流能力強(qiáng)、通態(tài)壓降低（一般為 3V， 與MOSFET相比，大于10倍以上）、大電流（一般載流量是 MOSFET的510 倍以上）等特點(diǎn)。適合高電壓、大電

3、流、大功率（ 5kW以上），開(kāi)關(guān)頻率大于 1kHz 的應(yīng)用場(chǎng)合更顯優(yōu)勢(shì)。是目前中、高頻開(kāi)關(guān)器件和大功率電力電子裝置中 的主流器件。 用于各種逆變焊接電源、 開(kāi)關(guān)電源和感應(yīng)加熱電源等電力電子設(shè)備 中。隨著 IGBT 制造技術(shù)水平的提高，特別是電流和耐壓性能指標(biāo)（已達(dá)到 1.2kA/3.3kV）提高，使IGBT器件的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)展到更大功率控制變換 場(chǎng)合。市場(chǎng)上主要有 EUPEC （優(yōu)派克）：BSM、FF、FZ系列；西門康：SKM、 SKIIP 系列；東芝： MG、 MIG 系列；三菱： CM、 PM、 RM、 TM 系列；富士： 1MB1、2MB1、6MBP 系列；仙童：SGH、TGL、F

4、GA、SGL 系列品牌。、整體概述目前最常用的電力電子器件是IGBT （絕緣柵雙極晶體管）。IGBT是一種新型的集成復(fù)合器件，與其他電力電子器件相比，IGBT具有高可靠性、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、保護(hù)容易、不用緩沖電路和開(kāi)關(guān)頻率高等特點(diǎn)，為了達(dá)到這些 高性能，采用了許多用于集成電路的工藝技術(shù)，如外延技術(shù)、離子注入、 精細(xì)光刻等。要提高功率MOSFET勺耐壓能力，勢(shì)必增加高導(dǎo)通電阻，從而妨礙器件在高電壓、大電流范圍的應(yīng)用。針對(duì)這些缺陷，20世紀(jì)80年代誕生了功率IGBT （絕緣柵雙極晶體管）器件， 20世紀(jì)90年代初進(jìn)入實(shí)用化。 近幾年來(lái)，功率IGBT的性能提高很快，額定電流已達(dá)數(shù)百安培，耐壓達(dá)1500V以上

5、，而且還在不斷提高。由于IGBT器件具有PIN二極管的正向特性，P溝功率IGBT的特性不比 N溝IGBT差多少，這非常有利于在應(yīng)用中采取互 補(bǔ)結(jié)構(gòu)，從而擴(kuò)大其在交流和數(shù)字控制技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。應(yīng)用在中壓大功率領(lǐng)域的電力電子器件，已形成GTO IGCT、OGBTIEGT相互競(jìng)爭(zhēng)不斷創(chuàng)新的技術(shù)市場(chǎng)，在大功率（1MVV，低頻率（1kHz）的傳動(dòng)領(lǐng)域，如電力牽引機(jī)車領(lǐng)域GTO IGCT有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而在高載波頻率、高斬波頻率下，IGBT、IEGT有著廣闊的發(fā)展前景，在現(xiàn)階段中壓大功率變頻 領(lǐng)域?qū)⒂蛇@4種電力電子器件構(gòu)成其主流器件。IGBT最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論在導(dǎo)通狀態(tài)還是短路狀態(tài)都可以承受電流沖 擊。它

6、的并聯(lián)不成問(wèn)題，由于本身的關(guān)斷延遲很短，其串聯(lián)也容易。盡管 IGBT模塊在大功率應(yīng)用中非常廣泛，但其有限的負(fù)載循環(huán)次數(shù)使其可靠性 成了問(wèn)題，其主要失效機(jī)理是陰極引線焊點(diǎn)開(kāi)路和焊點(diǎn)較低的疲勞強(qiáng)度， 另外,絕緣材料的缺陷也是一個(gè)問(wèn)題。10 年前，IGBT出現(xiàn)在世界技術(shù)舞臺(tái)的時(shí)候，盡管它凝聚了高電壓大電 流晶閘管制造技術(shù)和大規(guī)模集成電路微細(xì)加工手段二者的精華，表現(xiàn)出很 好的綜合性能，許多人仍難以相信 這種器件在大功率領(lǐng)域中的生命力。現(xiàn)在，跨世紀(jì)的IGBT顯示了巨大的進(jìn)展，形成了一個(gè)新的器件應(yīng)用平臺(tái)。目前IGBT的研究水平在不斷發(fā)展，其特性是進(jìn)一步降低通態(tài)壓降和提 高工作速度。產(chǎn)品已模塊化，根據(jù)封裝形

7、式分為四類：（1）單獨(dú)的 IGBT，容量達(dá) 15400A,4001200V ;2）半橋 IGBT，容量達(dá) 1575A，5001000V;3）全橋 IGBT，容量達(dá) 1832A, 400500V;4）三相 IGBT，容量達(dá) 15100A，4001200V。發(fā)展前景能源時(shí)代，IGBT興起：能源高效、清潔利用的核心都在于各種能源形 式的高效控制、高效轉(zhuǎn)換，而IGBT作為新型功率半導(dǎo)體器件，其性能優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于軌道交通、風(fēng)電與太陽(yáng)能、電動(dòng)汽車、家用電器等領(lǐng)域。市場(chǎng)廣闊，同時(shí)集中度很高：2010年全球IGBT需求預(yù)計(jì)達(dá)到30億美 元左右，而中國(guó)IGBT市場(chǎng)有望從2009年的4.30 億美元，上升到 2

8、014 年的9.75億美元，增長(zhǎng)一倍以上。目前IGBT市場(chǎng)為日本和歐美企業(yè)所壟斷，前4名企業(yè)合計(jì)占有超過(guò) 75%的市場(chǎng)份額。南車投資大功率 IGBT產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目：今年 5月25日，南車大功率 IGBT產(chǎn)業(yè)化基地啟動(dòng)，該項(xiàng)目由南車株洲所實(shí)施，總投資14億元，預(yù)計(jì)2013年正式投產(chǎn)。建成后，該基地將具備年產(chǎn)12萬(wàn)片8英寸IGBT芯片和100萬(wàn)只大功率IGBT器件的能力，年產(chǎn)值超過(guò)20億元。鞏固領(lǐng)先地位，形成業(yè)務(wù)互相促進(jìn)：綜合技術(shù)儲(chǔ)備、產(chǎn)品積累、產(chǎn)業(yè) 配套的三大優(yōu)勢(shì)，南車將在國(guó)內(nèi)IGBT技術(shù)突圍和產(chǎn)業(yè)化中鞏固領(lǐng)跑地位。該項(xiàng)目的實(shí)施，不僅促進(jìn)大功率機(jī)車、高速動(dòng)車組的核心零部件國(guó)產(chǎn)化， 同時(shí)與其風(fēng)電、電動(dòng)

9、汽車、電機(jī)等產(chǎn)品形成互相促進(jìn)的作用。意義重大：IGBT項(xiàng)目體現(xiàn)了高速動(dòng)車組作為高端裝備，其對(duì)于中國(guó)制 造業(yè)的推動(dòng)作用，正如美國(guó)的航空航天產(chǎn)業(yè)是其制造業(yè)的推進(jìn)器一樣。這 也預(yù)示著：屢創(chuàng)世界第一的中國(guó)軌道交通裝備產(chǎn)業(yè)，還將孕育更多的核心 技術(shù)，更多的中國(guó)制造突破的故事。中國(guó)南車的新產(chǎn)業(yè)，也正在從其高速 動(dòng)車組取得的巨大成功中汲取力量，創(chuàng)造更多的新的輝煌！三、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)IGBT（I nsulated Gate Bipolar Tran sistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓 驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET勺高輸入阻抗和 GT

10、R的低導(dǎo)通壓降兩 方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為 600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引 傳動(dòng)等領(lǐng)域。左邊所示為一個(gè) N溝道增強(qiáng)型絕 緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)，N+區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為源極（即發(fā) 射極E）。P+區(qū)稱為漏區(qū)。器件的控制 區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極 （即門極G）。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形 成。在C、E兩極之間的 P型區(qū)（包 括P+和 P-區(qū)）（溝道在該區(qū)域形成）， 稱為亞溝道

11、區(qū) （Subchannel region ）。 而在漏區(qū)另一側(cè)的P+區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)（Drain injector ），它是 IGBT 特 有的功能區(qū)，與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起 形成PNP雙極晶體管，起發(fā)射極的作 用，向漏極注入空穴，進(jìn)行導(dǎo)電調(diào)制，以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極稱為漏極（即集電極C）。IGBT的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP（原來(lái)為NPN）晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動(dòng)方法和 MOSFE基本相同，只需控 制輸入極N-溝道MOSFET所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET勺溝道形

12、成后，從P+基極注入到N-層的空穴（少子），對(duì)N-層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減小 N-層的電阻，使IGBT在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)電壓。四、工作特性靜態(tài)特性IGBT的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開(kāi)關(guān)特性。IGBT的伏安特性是指以柵源電壓Ugs為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它與GTR的輸出特性相似.也可分為飽和區(qū)1、放大區(qū)2和擊穿特性3部分。在截止?fàn)顟B(tài)下的IGBT，正向電壓由 J2結(jié)承擔(dān)，反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。如果無(wú) N+緩沖區(qū)，貝U正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入 N+緩沖區(qū)后，反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平，因此限

13、制了 IGBT的某些應(yīng)用范圍。IGBT的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id與柵源電壓Ugs之間的關(guān)系曲線。它與MOSFET的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開(kāi)啟電壓Ugs(th)時(shí)，IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)。在IGBT導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)，Id 與Ugs呈線性關(guān)系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15V左右。IGBT的開(kāi)關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。IGBT處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)，由于它的 PNP晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其 B值極低。盡管等 效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)， 但流過(guò)MOSFET的電流成為IGBT總電流的主要部分。 此時(shí)，通態(tài)電壓 Uds(o n)可用下式表示：Uds(o n)

14、= Uj1 + Udr + IdRoh式中Uj1 JI 結(jié)的正向電壓，其值為0.71V ; Udr 擴(kuò)展電阻Rdr上的壓降；Roh溝道電阻。通態(tài)電流Ids可用下式表示：lds=(1+Bp np)lmos式中Imos 流過(guò) MOSFET的電流。由于N+區(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以IGBT的通態(tài)壓降小，耐壓1000V的IGBT通態(tài)壓降為23V。IGBT處于斷態(tài)時(shí)，只有很小的泄漏電流存 在。動(dòng)態(tài)特性IGBT在開(kāi)通過(guò)程中，大部分時(shí)間是作為MOSFET來(lái)運(yùn)行的，只是在漏源電壓Uds下降過(guò)程后期，PNP晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。td(o n) 為開(kāi)通延遲時(shí)間，tri為電流上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中

15、常給出的漏極電流開(kāi)通時(shí)間ton即為td (on) tri 之和，漏源電壓的下降時(shí)間由tfe1 和tfe2 組成。IGBT的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負(fù)向電 壓，柵極電壓可由不同的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生。當(dāng)選擇這些驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，必須基 于以下的參數(shù)來(lái)進(jìn)行：器件關(guān)斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要 求和電源的情況。因?yàn)镮GBT柵極-發(fā)射極阻抗大，故可使用MOSFET驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行觸發(fā)，不過(guò)由于IGBT的輸入電容較 MOSFE為大，故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)該比許多 MOSFE驅(qū)動(dòng)電路提供的偏壓更高。IGBT在關(guān)斷過(guò)程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。因?yàn)镸OSFE關(guān)斷后，PNP晶體管的存儲(chǔ)電 荷難

16、以迅 速消除，造成漏極 電流較長(zhǎng)的 尾部時(shí) 間， td(off) 為關(guān)斷延遲時(shí)間，trv為電壓Uds(f)的上升時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中常常 給出的漏極電流的下降時(shí)間Tf由圖中的t(f1)和t(f2)兩段組成，而漏極電流的關(guān)斷時(shí)間t(off)=td(off)+trv十 t(f)式中：td(off) 與trv之和又稱為存儲(chǔ)時(shí)間。IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于 MOSFET但明顯高于 GTR IGBT在關(guān)斷時(shí)不需要 負(fù)柵壓來(lái)減少關(guān)斷時(shí)間，但關(guān)斷時(shí)間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增 加。IGBT的開(kāi)啟電壓約 34V,和MOSFETf當(dāng)。IGBT導(dǎo)通時(shí)的飽和壓降比 MOSFE低而和GTR接近，飽和壓降隨柵極電壓的增加

17、而降低。正式商用的IGBT器件的電壓和電流容量還很有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電力 電子應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的需求；高壓領(lǐng)域的許多應(yīng)用中，要求器件的電壓等級(jí) 達(dá)到10KV以上，目前只能通過(guò)IGBT高壓串聯(lián)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓應(yīng)用。國(guó)外的一些廠家如瑞士 ABB公司采用軟穿通原則研制出了8KV的IGBT器件，德國(guó)的EUPEC生產(chǎn)的6500V/600A高壓大功率IGBT器件已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用， 日本東芝也已涉足該領(lǐng)域。與此同時(shí)，各大半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商不斷開(kāi)發(fā)IGBT的高耐壓、大電流、高速、低飽和壓降、高可靠性、低成本技術(shù)，主要采 用1um以下制作工藝，研制開(kāi)發(fā)取得一些新進(jìn)展。2013年9月12日 我國(guó)自主研發(fā)的高壓大功率330

18、0V/50A IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)芯片及由此芯片封裝的大功率1200A/3300V IGBT模塊通過(guò)專家鑒定，中國(guó)自此有了完全自主的IGBT “中國(guó)芯”。IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比 GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。通態(tài)壓降比VDMOSFE低，特別是在電流較大的區(qū)域。輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFE類似。與電力MOSFE和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高， 同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)。五、工作原理方法IGBT是將強(qiáng)電流、高壓應(yīng)用和快速終端設(shè)備用垂直功率MOSFE的自

19、然進(jìn)化。由于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較高的擊穿電壓BVDSS需要一個(gè)源漏通道，而這個(gè)通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率 MOSFE具有RDS（on）數(shù)值高的特征，IGBT消除了現(xiàn)有功率 MOSFET勺這些主要缺點(diǎn)。雖然最新一代功率MOSFET器件大幅度改進(jìn)了 RDS（o n）特性，但是在高電平時(shí)，功率導(dǎo)通損耗仍然要比 IGBT技術(shù)高出很多。較低的壓降，轉(zhuǎn)換成一個(gè)低VCE（sat）的能力，以及IGBT的結(jié)構(gòu)，同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡(jiǎn)化IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理圖。導(dǎo)通IGBT硅片的結(jié)構(gòu)與功率 MOSFET的結(jié)構(gòu)十分相似，主要差異是IGBT增加了 P+基片和一個(gè)N+緩沖層（NPT-非穿通-IG

20、BT技術(shù)沒(méi)有增加這個(gè)部分 ）o 如等效電路圖所示（圖1），其中一個(gè) MOSFET驅(qū)動(dòng)兩個(gè)雙極器件?；膽?yīng) 用在管體的P+和 N+區(qū)之間創(chuàng)建了一個(gè) J1結(jié)。當(dāng)正柵偏壓使柵極下面反 演P基區(qū)時(shí)，一個(gè) N溝道形成，同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)電子流，并完全按照功率 MOSFE的方式產(chǎn)生一股電流。如果這個(gè)電子流產(chǎn)生的電壓在0.7V范圍內(nèi)，那么，J1將處于正向偏壓，一些空穴注入N-區(qū)內(nèi)，并調(diào)整陰陽(yáng)極之間的電阻率，這種方式降低了功率導(dǎo)通的總損耗，并啟動(dòng)了第二個(gè)電荷流。最后的結(jié)果是，在半導(dǎo)體層次內(nèi)臨時(shí)出現(xiàn)兩種不同的電流拓?fù)洌阂粋€(gè)電子流 （MOSFET電流）； 一個(gè)空穴電流（雙極）。關(guān)斷當(dāng)在柵極施加一個(gè)負(fù)偏壓或柵壓低于門限

21、值時(shí)，溝道被禁止，沒(méi)有空 穴注入N-區(qū)內(nèi)。在任何情況下，如果 MOSFETfe流在開(kāi)關(guān)階段迅速下降，集 電極電流則逐漸降低，這是因?yàn)閾Q向開(kāi)始后，在N層內(nèi)還存在少數(shù)的載流子（少子）。這種殘余電流值（尾流）的降低，完全取決于關(guān)斷時(shí)電荷的密度， 而密度又與幾種因素有關(guān)，如摻雜質(zhì)的數(shù)量和拓?fù)洌瑢哟魏穸群蜏囟?。?子的衰減使集電極電流具有特征尾流波形，集電極電流引起以下問(wèn)題：功 耗升高；交叉導(dǎo)通問(wèn)題，特別是在使用續(xù)流二極管的設(shè)備上，問(wèn)題更加明 顯。鑒于尾流與少子的重組有關(guān)，尾流的電流值應(yīng)與芯片的溫度、IC和VCE密切相關(guān)的空穴移動(dòng)性有密切的關(guān)系。因此，根據(jù)所達(dá)到的溫度，降低這 種作用在終端設(shè)備設(shè)計(jì)上的電

22、流的不理想效應(yīng)是可行的。阻斷與閂鎖當(dāng)集電極被施加一個(gè)反向電壓時(shí),J1就會(huì)受到反向偏壓控制，耗盡層則會(huì)向N-區(qū)擴(kuò)展。因過(guò)多地降低這個(gè)層面的厚度，將無(wú)法取得一個(gè)有效 的阻斷能力，所以，這個(gè)機(jī)制十分重要。另一方面，如果過(guò)大地增加這個(gè) 區(qū)域尺寸，就會(huì)連續(xù)地提高壓降。第二點(diǎn)清楚地說(shuō)明了NPT器件的壓降比等效（IC和速度相同）PT器件的壓降高的原因。當(dāng)柵極和發(fā)射極短接并在集電極端子施加一個(gè)正電壓時(shí)，P/N J3結(jié)受反向電壓控制，此時(shí)，仍然是由N漂移區(qū)中的耗盡層承受外部施加的電壓。IGBT在集電極與發(fā)射極之間有一個(gè)寄生PNPN晶閘管（如圖1所示）。在特殊條件下，這種寄生器件會(huì)導(dǎo)通。這種現(xiàn)象會(huì)使集電極與發(fā)射極

23、之間 的電流量增加，對(duì)等效 MOSFET勺控制能力降低，通常還會(huì)引起器件擊穿問(wèn) 題。晶閘管導(dǎo)通現(xiàn)象被稱為IGBT閂鎖，具體地說(shuō)，這種缺陷的原因互不相同，與器件的狀態(tài)有密切關(guān)系。通常情況下，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)閂鎖有如下主要 區(qū)別：當(dāng)晶閘管全部導(dǎo)通時(shí)，靜態(tài)閂鎖出現(xiàn)，只在關(guān)斷時(shí)才會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)閂鎖。 這一特殊現(xiàn)象嚴(yán)重地限制了安全操作區(qū)。為防止寄生NPN和PNP晶體管的有害現(xiàn)象，有必要采取以下措施：防止NPN部分接通，分別改變布局和摻雜級(jí)別，降低 NPN和PNP晶體管的總電流增益。此外，閂鎖電流對(duì)PNP和NPN器件的電流增益有一定的影響，因此，它與結(jié)溫的關(guān)系也非常密切；在 結(jié)溫和增益提高的情況下，P基區(qū)的電阻率會(huì)

24、升高， 破壞了整體特性。因此，器件制造商必須注意將集電極最大電流值與閂鎖電流之間保持一定的比 例，通常比例為 1: 5。六、 工業(yè)應(yīng)用IGBT 逆變電焊機(jī)采用三相交流380V電壓經(jīng)三相橋式整流、濾波后供給以新型 IGBT為功率 開(kāi)關(guān)器件的逆變器進(jìn)行變頻（20KC處理后，由中頻變壓器降壓，再經(jīng)整流輸出 可供焊接所需的電源， 通過(guò)集成電路構(gòu)成的邏輯控制電路對(duì)電壓、 電流信號(hào)的反 饋進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)整機(jī)閉環(huán)控制，采用脈寬調(diào)制PWM為核心的控制技術(shù)，從而獲 得快速脈寬調(diào)制的恒流特性和優(yōu)異的焊接工藝效果。NBC系列CO2氣體保護(hù)焊機(jī)NBC-630逆變式NB係列CO2氣體保護(hù)焊機(jī)分 為普通型和數(shù)字化兩種類型

25、，包括 250A、350A、500A、630A幾種，用于焊接低 碳鋼、合金鋼等。一、 IGBT 焊機(jī)的特點(diǎn)IGBT焊機(jī)指的是使用IGBT作為逆變器開(kāi)關(guān)器件的弧焊機(jī)。由于IGBT的開(kāi) 關(guān)頻率較低，電流大，焊機(jī)使用的主變壓器、濾波、儲(chǔ)能電容、電抗器等電子器 件都較場(chǎng)效應(yīng)管焊機(jī)有很大不同，不但體積增大，各類技術(shù)參數(shù)也改變了。主要特點(diǎn) 采用波形控制技術(shù)，改善成形，降低飛濺；電流電壓連續(xù)可調(diào)， 調(diào)節(jié)范圍寬；負(fù)載持續(xù)率高，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)焊接；焊接變形小，焊縫成形好；慢 送絲引弧，引弧容易，成功率高； 收弧時(shí)具有消球功能； 焊接熔敷率高；軟開(kāi) 關(guān)變換，整機(jī)效率高； 無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)， 功率因數(shù)高； 高頻逆

26、變， 體積小， 重量輕；數(shù)顯表頭，焊接參數(shù)可精確預(yù)置；適用實(shí)芯藥芯焊絲；提供常規(guī)電流 值、電壓值匹配方案，方便操作人員調(diào)節(jié)；X型機(jī)具有下降特性，兼具手弧焊、碳弧氣刨功能； z 型機(jī)具有下降特性，兼具手弧焊、碳弧氣刨功能，且電弧穩(wěn)定 性強(qiáng)，特別適用于全位置自動(dòng)焊接 （此焊機(jī)需另配全自動(dòng)焊送絲、 行走控制系統(tǒng) ） 。 慢送絲引弧， 引弧容易， 成功率高； 收弧時(shí)具有消球功能； 焊接熔敷率高； 軟 開(kāi)關(guān)變換，整機(jī)效率高。IGBT焊機(jī)工作原理:半橋逆變電路工作原理如圖工作原理： tl時(shí)間：開(kāi)關(guān)K1導(dǎo)通，K2截止，電流方向如圖中，電源給主變 T供 電，并給電容C2充電。t2時(shí)間：開(kāi)關(guān)K1、K2都截止，負(fù)截?zé)o電流通過(guò)（死區(qū)）。t3時(shí)間：開(kāi)關(guān)K1截止，K2導(dǎo)通，電容C2向負(fù)載放電。t4時(shí)間：開(kāi)關(guān)K1、K2均截止，又形成死區(qū)。如此反復(fù)在負(fù)載上就得到了如圖11.3的電流，實(shí)現(xiàn)了逆變的目的2、IGBT焊機(jī)的工作原理 電源供給：和場(chǎng)效應(yīng)管作逆變開(kāi)關(guān)的焊機(jī)一樣，焊機(jī)電源由市電供給，經(jīng)整流、濾波 后供給逆變器。 逆變：由于IGBT的工作電流大，可采用半橋逆變的形式，以IGBT作為開(kāi)關(guān)，其開(kāi) 通與關(guān)閉由驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制。 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生：驅(qū)動(dòng)信號(hào)