機車電力電子技術(shù) 課件 2.2 IGBT

復習提問1.晶閘管結(jié)構(gòu)、類型；2.晶閘管的簡易測試方法；用萬用表的R×1k擋或R×100檔測量陽極與陰極的正、反向電阻都應很大，然后用黑表筆接陽極，紅表筆接陰極，再用黑表筆碰門極，若正向電阻大幅下降，且黑表筆離開門極電阻不會變大，說明晶閘管能正常觸發(fā)工作。陰極K陽極A門極G3.雙極型器件的特點，單極型器件特點；雙極型：導通壓降低，電壓電流定額大，輸入阻抗低?？刂菩阅軓牟缓茫拇?。單極型：開關(guān)時間短，工作頻率高，響應快，輸入阻抗高?？刂菩阅芎?。導通壓降高，電壓、電流定額小。結(jié)構(gòu)、符號開關(guān)條件開關(guān)原理特性參數(shù)模塊保護2-2認知IGBT容量電流容量10~3300A，電壓等級600~8000V,開關(guān)頻率10~100kHz.優(yōu)點輸入阻抗高、開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單優(yōu)點，又有通態(tài)電壓低、耐壓高優(yōu)點。半橋單管全橋芯片2-2認知IGBT一、結(jié)構(gòu)、類型和符號2.類型復合型-全控型-電壓控制型器件。3.電氣符號集電極發(fā)射極ECG1.結(jié)構(gòu)IGBT全稱絕緣柵雙極型晶體管，是雙極型晶體三極管和絕緣柵型場效應管復合構(gòu)成的電力電子器件。2集電極3發(fā)射極1柵極柵極晶閘管開關(guān)條件P1N1P2N2AGKJ1J2J3IA

IG

2-2認知IGBT陽極電流小于維持電流時關(guān)斷；或陽極-陰極加反向電壓關(guān)斷。陽極-陰極加正向電壓，門極有觸發(fā)電流時，導通；門極電流消失，依然導通。二、IGBT的開關(guān)條件UGE1.UGE=0，IGBT正向阻斷，燈泡不亮。2.UGE>0，IGBT開通（集射極），燈泡發(fā)光。3.UGE消失，IGBT關(guān)斷，燈泡不亮。2-2認知IGBT二、IGBT的開關(guān)條件UGE1.UGE=0，IGBT正向阻斷，燈泡不亮。2.UGE>0，IGBT開通（集射極），燈泡發(fā)光。4.UGE<0，IGBT關(guān)斷（集射極），燈泡不亮。控制IGBT的柵極-發(fā)射極電壓，即可控制IGBT通斷。2-2認知IGBT3.UGE消失，IGBT關(guān)斷，燈泡不亮。三、IGBT工作原理（開通關(guān)斷由UGE決定）IGBT是一個電子開關(guān)，其開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓MOS內(nèi)形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導通。UGS+正向電場,形成溝道基極電流IGBT通

反之，在柵極加負電壓時，MOS內(nèi)溝道消失，PNP晶體管基極電流被切斷，使IGBT關(guān)斷。2-2認知IGBT四.IGBT的特性1.靜態(tài)特性（1）轉(zhuǎn)移特性開啟電壓2-2認知IGBTUGEICIGBT的轉(zhuǎn)移特性描述的是集電極電流IC與柵射電壓UGE之間的關(guān)系。UT是IGBT能實現(xiàn)電導調(diào)制而導通的最低柵射電壓。UT隨溫度升高而略有下降，在25℃時，UT的值一般為2~6V。（2）輸出特性：分為四個區(qū):正向阻斷區(qū)、有源區(qū)、飽和區(qū)和反向阻斷區(qū)。在電力電子電路中，IGBT工作在開關(guān)狀態(tài)，是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換，盡量避免工作在有源區(qū)，否則功耗將會很大。四.IGBT的特性1.靜態(tài)特性2-2認知IGBT也稱伏安特性，描述的是以柵射電壓為參考變量時，集電極電流IC與集射極電壓UCE之間的關(guān)系。正向阻斷區(qū)（1）IGBT的開通過程（2）IGBT的關(guān)斷過程IGBT的開通時間和關(guān)斷時間一般為微秒數(shù)量級，因此其開關(guān)頻率較高，為kHz以上。四.IGBT的特性2.動態(tài)特性（開關(guān)特性）2-2認知IGBT集射極阻斷電壓UCES五、IGBT的主要參數(shù)2.集電極最大連續(xù)電流IC3.通態(tài)壓降UCE(on)4.最大集電極功耗PCM7.柵極-發(fā)射極間的漏電流IGES6.集電極-發(fā)射極間漏電流ICES5.柵極-發(fā)射極電壓UGEIGBT為電子開關(guān)，和普通的金屬開關(guān)損耗一樣嗎？IGBT開關(guān)頻率高，功率損耗較大，通態(tài)有壓降，斷態(tài)有漏電流，功耗較大，通常裝有散熱裝置。2-2認知IGBT六、

IGBT模塊★IGBT模塊是由絕緣柵雙極晶體管芯片與續(xù)流二極管芯片通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產(chǎn)品。容量大、頻率高、開關(guān)損耗較小。一個單元兩個單元四個單元半橋IGBT全橋IGBT2-2認知IGBT七、測試（半橋IGBT）把萬用表放在R×10kΩ檔，測量黑表筆接4端子、紅表筆接5端子，此時另一黑表筆接3端子，紅表筆接1端子，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，把表筆對調(diào)，也有較小的電阻，表明此IGBT單元是完好的。用同樣的方法測試1、2端子間的IGBT，若符合上述情況，表明IGBT也是完好的。★1.靜態(tài)測試

把萬用表放在R×100Ω檔，測量黑表筆接1端子、紅表筆接2端子、顯示電阻應為無窮大；表筆對調(diào)，顯示電阻應在500~600Ω。用同樣方法，測量黑表筆接3端子、紅表筆接1端子，顯示電阻應為無窮大；表筆對調(diào)，對應電阻應在500~600Ω，若符合上述情況，表明此IGBT的兩個單元沒有明顯的故障。★2.動態(tài)測試2-2認知IGBT八、

IGBT保護

由于IGBT具有極高的輸入阻抗容易造成靜電擊穿，故存放和測試應采取防靜電措施。

將IGBT用于電力變換時，為了保證安全運行，防止異常現(xiàn)象造成器件損壞，必須采取完備的保護措施，常用的保護措施有：（1）通過檢測出的過電流信號切斷門極（柵極）信號，實現(xiàn)過電流保護；（2）利用緩沖電路抑制過電壓，并限制過高的電壓變化率du/dt；（3）利用溫度傳感器檢測IGBT的外殼溫度，當超過允許溫度時主電路跳閘，實現(xiàn)過熱保護。2-2認知IGBT九、

IGBT應用

采用IGBT進行功率變換，能夠提高用電效率和質(zhì)量，具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點，是解決能源短缺問題和降低碳排放的關(guān)鍵支撐技術(shù)。2-2認知IGBT

和諧系列內(nèi)燃機車為交—直—交流傳動機車，發(fā)電機把內(nèi)燃機提供的動能轉(zhuǎn)換為電能，IGBT構(gòu)成交—直—交變流電路，把交流電轉(zhuǎn)換變壓變頻可調(diào)的交流電，供給交流牽引電機。HXN3型和諧型內(nèi)燃機車HXN5型交流牽引電機驅(qū)動交流牽引電機驅(qū)動九、

IGBT應用2-2認知IGBTHXD3型（牽引力大）交流牽引電機驅(qū)動交流牽引電機驅(qū)動HXD3B型

和諧系列電力機車為交—直—交電傳動機車，接觸網(wǎng)提供25kV/50Hz交流電，由IGBT構(gòu)成交—直—交變流電路，把定壓定頻單相交流電轉(zhuǎn)換三相交流電，輸出電壓、頻率、相位及相序可調(diào)，供給交流牽引電機。來完成機車啟動、加速和轉(zhuǎn)換運行方向的控制。2-2認知IGBT應用

新型動車組為交—直—交電傳動動車，接觸網(wǎng)提供25kV/50Hz交流電，由IGBT構(gòu)成交—直—交變流電路，把定壓定頻單相交流電轉(zhuǎn)換三相交流電，輸出電壓、頻率、相位及相序可調(diào)，供給交流牽引電機。來完成動車組啟動、加速和轉(zhuǎn)換運行方向的控制。復興號動車組交流牽引電機驅(qū)動CRH380a動車組（速度快）2-2認知IGBT應用2-2認知IGBT復習1.結(jié)構(gòu)、符號2.開關(guān)條件3.原理4.特性5.參數(shù)6.模塊7.測試IGBT是一個電子開關(guān)，其開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓MOS內(nèi)形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導通。

反之，