怎樣去選擇好逆變器功率器件

1、怎樣去選擇好逆變器功率器件逆變器的主功率元件的選擇至關(guān)重要， 目前使用較多的功率元件有達(dá)林頓功率晶體管（ gtr ），功率場(chǎng)效應(yīng)管（ mosfet），絕緣柵晶體管（ igbt）和可關(guān)斷晶閘管（ gto ）等。在小容量低壓系統(tǒng)中使用較多的器件為mosfet，因?yàn)?mosfet具有較低的通態(tài)壓降和較高的開(kāi)關(guān)頻率；在高壓中容量系統(tǒng)中一般均采用igbt模塊，這是因?yàn)閙osfet 隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而igbt在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢(shì)；而在特大容量（100kva 以上）系統(tǒng)中，一般均采用 gto 作為功率元件。 功率器件的分類： gtr電力晶體管 (giant transistor)

2、： gtr 功率晶體管即雙極型晶體管(bipolar transistor),所謂雙極型是指其電流由電子和空穴兩種載流子形成的。一般采用達(dá)林頓復(fù)合結(jié)構(gòu)。 它的優(yōu)點(diǎn)是： 高電流密度和低飽和電壓。它的缺點(diǎn)即mosfet 的優(yōu)點(diǎn) (見(jiàn)下) 。 mosfet (metal oxide semiconductor field effect tyansistor)功率場(chǎng)效應(yīng)模塊 ( 金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管 ) ：其優(yōu)點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)速度快：功率mosfet 又稱 vdmos，是一種多子導(dǎo)電器件，參加導(dǎo)電的是多數(shù)載流子， 沒(méi)有少子存儲(chǔ)現(xiàn)象， 所以無(wú)固有存儲(chǔ)時(shí)間， 其開(kāi)關(guān)速度僅取決于極間寄生電容， 故開(kāi)關(guān)時(shí)間極短 (

3、小于 50100ns), 因而具有更高的工作頻率 ( 可達(dá)100khz以上) 。驅(qū)動(dòng)功率?。汗β?mosfet 是一種電壓型控制器件， 即通斷均由柵極電壓控制。完全開(kāi)通一個(gè)功率mosfet 僅需要 1020 毫微秒庫(kù)侖的電荷，例如一個(gè)1 安培、10 毫微秒寬的方波脈沖，完全開(kāi)通一個(gè)功率mosfet 僅需要 10 毫微秒的時(shí)間。另外還需注意的是在特定的下降時(shí)間內(nèi)關(guān)斷器件無(wú)需負(fù)柵脈沖。由于柵極與器件主體是電隔離的，因此功率增益高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率很小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。安全工作區(qū)域 (soa)寬：功率 mosfet 無(wú)二次擊穿現(xiàn)象， 因此其 soa 較同功率的gtr 雙極性晶體管大，且更穩(wěn)定耐用，工作

4、可靠性高。過(guò)載能力強(qiáng)：功率mosfet 開(kāi)啟電壓 ( 閥值電壓 ) 一般為 26v，因此具有很高的噪聲容限和抗干擾能力。并聯(lián)容易：功率 mosfet 的通態(tài)電阻具有正穩(wěn)定系數(shù)(即通態(tài)電阻隨結(jié)溫升高而增加) ，因而在多管并聯(lián)時(shí)易于均流，對(duì)擴(kuò)大整機(jī)容量有利。功率 mosfet 具有較好的線性，且對(duì)溫度不敏感。因此開(kāi)環(huán)增益高，放大器級(jí)數(shù)相對(duì)可減少。器件參數(shù)一致性較好，批量生產(chǎn)離散率低。功率 mosfet 的缺點(diǎn)：導(dǎo)通電阻大，且隨溫度升高而增大。 功率 mosfet 的主要參數(shù)特性： 漏源擊穿電壓 (v) v(br)dss ：是在 ugs 0 時(shí)漏極和源極所能承受的最大電壓，它是結(jié)溫的正溫度系數(shù)函數(shù)。

5、 漏極額定電流 id ：id 是流過(guò)漏極的最大的連續(xù)電流，它主要受器件工作溫度的限制。 一般生產(chǎn)廠家給出的漏極額定電流是器件外殼溫度tc25時(shí)的值，所以在選擇器件時(shí)要考慮充分的裕度，防止在器件溫度升高時(shí)漏極額定電流降低而損壞器件。 通態(tài)電阻 rds(on) ：它是功率 mosfet 導(dǎo)通時(shí)漏源電壓與漏極電流的比率，它直接決定漏極電流。當(dāng)功率mosfet 導(dǎo)通時(shí)，漏極電流流過(guò)通態(tài)電阻產(chǎn)生耗散功率，通態(tài)電阻值愈大，耗散功率愈大，越容易損壞器件。另外，通態(tài)電阻與柵極驅(qū)動(dòng)電壓 ugs 有關(guān)，ugs 愈高，rds(on) 愈小，而且柵源電壓過(guò)低，抗干擾能力差，容易誤關(guān)斷； 但過(guò)高的柵極電壓會(huì)延緩開(kāi)通和關(guān)

6、斷的充放電時(shí)間，即影響器件的開(kāi)關(guān)特性。所以綜合考慮，一般取ugs 1215v為宜。手冊(cè)中給出的 rds(on) 是指器件溫度為 25時(shí)的數(shù)值，實(shí)際上器件溫度每升高 1，rds(on) 將增大 0.7%,為正溫度系數(shù)。 最大耗散功率 pd (w)： 是器件所能承受的最大發(fā)熱功率( 器件溫度為 25時(shí)) 。 熱阻 rjc (/w)：是結(jié)溫和外殼溫度差值相對(duì)于漏極電流所產(chǎn)生的熱功率的比率。其中： 表示溫度， j表示結(jié)溫， c 表示外殼。 輸入電容 (包括柵漏極間電容cgd 和柵源極間電容 cgs) ：在驅(qū)動(dòng) mosfet 中輸入電容是一個(gè)非常重要的參數(shù)，必須通過(guò)對(duì)其充放電才能開(kāi)關(guān)mosfet，所以驅(qū)

7、動(dòng)電路的輸出阻抗將嚴(yán)重影響mosfet 的開(kāi)關(guān)速度。輸出阻抗愈小，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)輸入電容的充放電速度就越快，開(kāi)關(guān)速度也就越快。 溫度對(duì)輸入電容幾乎沒(méi)有影響，所以溫度對(duì)器件開(kāi)關(guān)速度影響很小。柵漏極間電容cgd 是跨接在輸出和輸入回路之間，所以稱為米勒電容。 柵極驅(qū)動(dòng)電壓 ugs ：如果柵源電壓超過(guò)20v，即使電流被限于很小值， 柵源之間的硅氧化層仍很容易被擊穿，這是器件損壞的最常見(jiàn)原因之一，因此，應(yīng)該注意使柵源電壓不得超過(guò)額定值。還應(yīng)始終記住， 即使所加?xùn)艠O電壓保持低于柵源間最大額定電壓， 柵極連續(xù)的寄生電感和柵極電容耦合也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。通過(guò)柵漏自身電容，還可把漏極電路瞬變?cè)斐傻倪^(guò)電

8、壓耦合過(guò)來(lái)。鑒于上述原因， 應(yīng)在柵源間跨接一個(gè)齊納穩(wěn)壓二極管，以對(duì)柵極電壓提供可靠的嵌位。通常還采用一個(gè)小電阻或鐵氧體來(lái)抑制不希望的振蕩。 mosfet 的截止，不需要象雙極晶體管那樣，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行精心設(shè)計(jì)( 如在柵極加負(fù)壓 ) 。因?yàn)?mosfet 是多數(shù)載流子半導(dǎo)體器件， 只要把加在柵極源極之間的電壓一撤消 (即降到 0v), 它馬上就會(huì)截止。 ( 見(jiàn)參(2) p70) 在工藝設(shè)計(jì)中， 應(yīng)盡量減小與 mosfet 各管腳連線的長(zhǎng)度， 特別是柵極連線的長(zhǎng)度。如果實(shí)在無(wú)法減小其長(zhǎng)度，可以用鐵氧體小磁環(huán)或一個(gè)小電阻和mosfet的柵極串接起來(lái)，這兩個(gè)元件盡量靠近mosfet 的柵極。最好在柵極

9、和源極之間再接一個(gè) 10k的電阻，以防柵極回路不慎斷開(kāi)而燒毀mosfet。功率 mosfet 內(nèi)含一個(gè)與溝道平行的反向二極管，又稱“體二極管”。注意：這個(gè)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾u(yù)s 到幾十 us，其高頻開(kāi)關(guān)特性遠(yuǎn)不如功率 mosfet 本身，使之在高頻下的某些場(chǎng)合成了累贅。 igbt(isolated gate bipolar transistor)絕緣門(mén)極雙極型晶體管：通態(tài)電阻 rds(on) 大是 mosfet 的一大缺點(diǎn)，如在其漂移區(qū)中注入少子，引入大注入效應(yīng)，產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制，使其特征阻抗大幅度下降，這就是igbt 。在同等耐壓條件下， igbt的導(dǎo)通電阻只有mosfet 的 1/10-1/30,電流密度提高了1020 倍。但是引入了少子效應(yīng)，形成兩種載流子同時(shí)運(yùn)行，使工作頻率下降了許多。 igbt是 mosfet 和 gtr 雙極性晶體管的折衷器件，結(jié)構(gòu)上和mosfet 很相似，但其工作原理更接近gtr ，所以 igbt相當(dāng)一個(gè) n溝道 mosfet 驅(qū)動(dòng)的 pnp晶體管。特點(diǎn)：它將 mosfet 和 gtr 的優(yōu)點(diǎn)集于一身， 既具有 mosfet 輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，又有 gtr 通態(tài)電壓低、 耐壓高的優(yōu)點(diǎn)。器件名稱 gtr mo