《IGBT絕緣柵雙極型晶體管》課件

IGBT絕緣柵雙極型晶體管IGBT是絕緣柵雙極型晶體管，是集雙極型晶體管（BJT）和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）優(yōu)點于一體的一種新型功率器件IGBT概述概述IGBT是一種高功率、高效率、低損耗的電力電子器件，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。特點IGBT兼具M(jìn)OSFET的高輸入阻抗和BJT的高電流能力，在高頻、高電壓、大電流應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢。IGBT結(jié)構(gòu)1MOSFET結(jié)構(gòu)MOSFET結(jié)構(gòu)主要用于控制IGBT的開關(guān)狀態(tài)2BJT結(jié)構(gòu)BJT結(jié)構(gòu)主要用于放大電流，實現(xiàn)功率傳輸3PNP結(jié)構(gòu)PNP結(jié)構(gòu)可以提高電流放大效率，降低損耗4基極驅(qū)動基極驅(qū)動電路控制BJT的導(dǎo)通和關(guān)斷5柵極驅(qū)動?xùn)艠O驅(qū)動電路控制MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷IGBT工作原理1柵極電壓控制MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷2MOSFET導(dǎo)通時，BJT基極電流被放大3BJT導(dǎo)通時，集電極電流被放大，實現(xiàn)功率傳輸IGBT特性分析1導(dǎo)通壓降IGBT導(dǎo)通時，集電極和發(fā)射極之間的電壓降2電流容量IGBT能夠承受的最大電流3開關(guān)頻率IGBT開關(guān)狀態(tài)變化的頻率4開關(guān)損耗IGBT開關(guān)過程中產(chǎn)生的能量損耗IGBT的優(yōu)勢高效率IGBT具有較低的導(dǎo)通壓降和開關(guān)損耗，效率較高高功率IGBT能夠承受高電壓和高電流，適用于大功率應(yīng)用低損耗IGBT的開關(guān)速度快，損耗較低，節(jié)能環(huán)保高可靠性IGBT具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，在各種環(huán)境下都能正常工作IGBT的應(yīng)用領(lǐng)域1電力電子電源轉(zhuǎn)換、電機(jī)驅(qū)動、電力傳輸?shù)?新能源光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)等3電動汽車電動汽車動力系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等4工業(yè)控制自動化設(shè)備、機(jī)器人、焊接設(shè)備等IGBT功率損耗分析導(dǎo)通損耗IGBT導(dǎo)通時產(chǎn)生的損耗，主要由導(dǎo)通壓降引起開關(guān)損耗IGBT開關(guān)過程中產(chǎn)生的損耗，包括開通損耗和關(guān)斷損耗IGBT溫度特性溫度升高會降低IGBT的電流容量和開關(guān)速度溫度過高會損壞IGBT，導(dǎo)致其失效需要采取散熱措施來降低IGBT的溫度IGBT的驅(qū)動電路驅(qū)動芯片驅(qū)動芯片負(fù)責(zé)將低壓信號轉(zhuǎn)換成高壓信號，驅(qū)動IGBT驅(qū)動電路板驅(qū)動電路板用于連接驅(qū)動芯片、IGBT和電源，實現(xiàn)IGBT的控制IGBT的柵極驅(qū)動技術(shù)1高速驅(qū)動提高IGBT的開關(guān)速度，降低開關(guān)損耗2低壓驅(qū)動降低驅(qū)動電路的電壓，減少功耗3隔離驅(qū)動隔離驅(qū)動電路可以有效隔離驅(qū)動電路和IGBT，防止干擾IGBT的關(guān)斷特性關(guān)斷速度IGBT關(guān)斷所需的時間關(guān)斷電流IGBT關(guān)斷時流過的電流關(guān)斷電壓IGBT關(guān)斷時集電極和發(fā)射極之間的電壓IGBT的短路保護(hù)1短路保護(hù)電路檢測到短路電流2短路保護(hù)電路觸發(fā)IGBT關(guān)斷信號3IGBT迅速關(guān)斷，防止損壞IGBT的可靠性設(shè)計1材料選擇使用高品質(zhì)的半導(dǎo)體材料2工藝控制嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝，確保產(chǎn)品質(zhì)量3封裝設(shè)計合理的封裝設(shè)計可以提高IGBT的可靠性4測試驗證進(jìn)行嚴(yán)格的測試驗證，確保IGBT的可靠性IGBT的抗浪涌能力浪涌抑制電路浪涌抑制電路可以吸收浪涌能量，保護(hù)IGBT過壓保護(hù)過壓保護(hù)電路可以防止IGBT因過壓損壞IGBT的抗輻照能力輻照硬化材料使用抗輻照能力強(qiáng)的半導(dǎo)體材料輻射屏蔽采用輻射屏蔽措施，降低IGBT受到的輻射劑量IGBT的抗環(huán)境因素溫度變化濕度變化振動沖擊電磁干擾IGBT的失效分析顯微鏡觀察利用顯微鏡觀察IGBT的物理結(jié)構(gòu)，分析失效原因測試分析利用測試儀器對IGBT進(jìn)行測試，分析其電氣特性，確定失效原因IGBT的規(guī)格參數(shù)參數(shù)單位典型值集電極電流A100集電極電壓V1200導(dǎo)通壓降V2.5開關(guān)速度ns100IGBT的選型指標(biāo)1功率IGBT需要滿足的功率要求2電壓IGBT需要承受的電壓3電流IGBT需要承受的電流4開關(guān)頻率IGBT需要的開關(guān)頻率IGBT的測試方法靜態(tài)測試測量IGBT的靜態(tài)參數(shù)，如導(dǎo)通壓降、電流容量等動態(tài)測試測量IGBT的動態(tài)參數(shù)，如開關(guān)速度、開關(guān)損耗等可靠性測試測試IGBT在各種環(huán)境下的可靠性，如高溫、高濕、振動等IGBT的研發(fā)趨勢1高壓化提高IGBT的承受電壓，滿足更高電壓應(yīng)用的需求2高速化提高IGBT的開關(guān)速度，降低開關(guān)損耗，提高效率3低損耗化降低IGBT的導(dǎo)通壓降和開關(guān)損耗，提高效率4集成化將IGBT和驅(qū)動電路集成在一起，簡化系統(tǒng)設(shè)計，提高可靠性IGBT在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用1電源轉(zhuǎn)換直流電源、交流電源、逆變器等2電機(jī)驅(qū)動工業(yè)電機(jī)、電動汽車電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等3電力傳輸高壓直流輸電、柔性直流輸電等IGBT在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用光伏發(fā)電風(fēng)力發(fā)電儲能系統(tǒng)IGBT在電動車領(lǐng)域的應(yīng)用動力系統(tǒng)電動汽車的動力系統(tǒng)中，IGBT用于控制電機(jī)充電系統(tǒng)電動汽車的充電系統(tǒng)中，IGBT用于控制充電電流IGBT在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用自動化設(shè)備機(jī)器人、焊接設(shè)備、數(shù)控機(jī)床等工業(yè)電機(jī)工業(yè)電機(jī)的驅(qū)動和控制IGBT在家電領(lǐng)域的應(yīng)用空調(diào)空調(diào)的壓縮機(jī)控制洗衣機(jī)洗衣機(jī)的電機(jī)控制冰箱冰箱的壓縮機(jī)控制IGBT在軍事裝備領(lǐng)域的應(yīng)用1雷達(dá)系統(tǒng)2武器控制系統(tǒng)3通信系統(tǒng)IGBT在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用1衛(wèi)星衛(wèi)星的電源系統(tǒng)、姿態(tài)控制系統(tǒng)等2飛機(jī)飛機(jī)的電源系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)等3火箭火箭的推進(jìn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等IGBT在通信設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用通信基站通信基站的電源系統(tǒng)、射頻放大器等移動電話移動電