IGB的擎住效应与并联均流问题

斩波是电力电子控制中的一项变流技术，其实质是直流控制的脉宽调制，因其波形如同斩切般整齐、对称，故名斩波。斩波在内馈调速控制中占有极为重要的地位，它不仅关系到调速的技术性能，而且直接影响设备的运行安全和可靠性，因此。如何选择斩波电路和斩波器件十分重要。IGBT是近代新发展起来的全控型功率半导体器件，它是由MOSFET（场效应晶体管）与GTR（大功率达林顿晶体管）结合，并由前者担任驱动，因此具有：驱动功率小，通态压降低，开关速度快等优点，目前已广泛应用于变频调速、开关电源等电力电子领域。就全控性能而言，IGBT是最适合斩波应用的器件，而且技术极为简单，几乎IGBT器件本身就构成了斩波电路。但是要把IGBT斩波形成产品，问题就没有那么简单，特别是大功率斩波，如果不面对现实，认真研究、发现和解决存在的问题，必将事与愿违，斩波设备的可靠性将遭受严重的破坏。不知道是出于技术认识问题还是商务目的，近来发现，某些企业对IGBT晶体管倍加推崇，而对晶闸管全面否定，显然，这是不科学的。为了尊重科学和澄清事实，本文就晶闸管和以IGBT为代表的晶体管的性能、特点加以分析和对比，希望能够并引起讨论，还科学以本来面目。一.IGBT的标称电流与过流能力1)IGBT的额定电流目前，IGBT的额定电流（元件标称的电流）是以器件的最大直流电流标称的，元件实际允许通过的电流受安全工作区的限制而减小，由图1所示的IGBT安全工作区可见，影响通过电流的因素除了c-e电压之外，还有工作频率，频率越低，导通时间越长，元件发热越严重，导通电流越小。图1IGBT的安全工作区显然，为了安全，不可能让元件工作在最大电流状态，必须降低电流使用，因此，IGBT上述的电流标称，实际上降低了元件的电流定额，形成标称虚高，而能力不足。根据图1的特性，当IGBT导通时间较长时（例如100us），UCE电压将降低标称值的1/2左右；如果保持UCE不变，元件的最大集电极电流将降低额定值的2/3。因此，按照晶闸管的电流标称标准，IGBT的标称电流实际仅为同等晶闸管的1/3左右。例如，标称为300A的IGBT只相当于100A的SCR（晶闸管）。又如，直流工作电流为500A的斩波电路，如果选择晶闸管，当按：式中的Ki为电流裕度系数，取Ki=2，实际可以选择630A标称的晶闸管。如果选择IGBT，则为：枪颗应该句选择很30帆00静A财的兄IG膀B辈T颈元件迎。羽晋畜IG碌B茧T跳这种脂沿袭怀普通创晶体川管的壳电流赢标称奔准则予，在筐功率滴开关战应用猛中是蝴否合达理，考十分姐值得推探讨岸。但梨无论君结果飞如何价，肢IG箱B浙T盏的标源称电硬流在借应用凭时必偿须大者打折阀扣是效不争尸的事贫实。魂腥仔1)票I糊GB毕T农的过佩流能吴力夸也半导慧体元与件的惜过流结能力晕通常冰用允修许的絮峰值耍电跑流粉I习M楼来衡尸量害，那IG惊B支T低目前插还没钢有国阴际通秒用的爷标准售，按步德信国唇EU堪PE续C嗓、日劫本三闪菱等敏公司粥的产疏品参师数浇，匆IG雅B剖T奇的峰璃值电拴流定怒为最骆大集落电极填电流紫（标掩称遣电流位）静的励2康倍，雅有疾拘例如他，标歌称电初流目为莫30史0搏A道元件池的峰播值电葵流为本60炸0A睛；而塘标称崭80槽0A肺元件窗的峰恨值电虏流戏为模16矛00贪A堆。床恋对比剖晶闸耻管浆,竖按国针标，钢峰值建电流伤为倡爸峰值礼电流能高牵达箩1室0杜倍额坦定有殿效值炸电流兆，而猜且，冤过流同时间姓长达横1丽0m肿s查，厘而德IG堵B溪T历的允记许魔峰值艇电流陈时间汁据有勾关资伪料介召绍仅集为喂10董u洪s烤，可途见臂IG密B嫂T伯的过庄流能抱力太容脆弱查了。导晋承受钟过流惊的能丈力强雕弱是卡衡量顶斩波旷工作疏可靠元与否泡的关它键，染要使所电路胁不发茅生过仙流几星乎是涂不可叶能的拢，负敞载的奇变化译，工赏作状肾态切旁换的丙过度应过程厉，都棵将引团发过浆流和缩过压丘，而厌过流狸保护半毕竟救是被昏动和唉有限识的措贫施，社要使贷器件刷安全饿工作斩，最应终还等是要构提高星器件桂自身努的过毕流能谊力。骆便另外池，由型于受庭晶体圣管制摊造工舍艺的令限酒制窜，辟IG成B柳T促很难长制成疑大电爽流容尘量的惑单管愚芯，渐较大荣电流覆的器屠件实画际是景内部返小元钉件的丙并联运，例昨如，告标称通电流决为喝60猾0棵A折的沿IG考B技T摊，解祝剖开雁是侧8顽只悼75日A却元件绩并联商，由炸于元注件跃并联添工艺诊（焊么接）抖的可盗靠性养较差磨，使原器件樱较比防单一胳管芯这的晶眼闸管进在可测靠性近方面菌明显珍降低展。倚花橡二超.薯IG职B首T方的擎竹住效互应浆转津IG衔B张T棕的简填化等迹效电役路如杯图构3奶所瓜示喇:窝图问3踩IG铺B担T舒的等排效电泡路及愚晶闸邀管效怠应隶旗其中解的脉NP舟N演晶体底管和耍体区勿短路面电阻孟Rb裳r蛛都是滤因工虚艺而筋寄生杆形成裤的，占这样蚂，您主毕PN您P绪晶体全管与延寄甘生闷NP凳N挽晶体恒管形世成了考寄生磨的晶妇闸管梁，当叶器件吐的集剑电极嗓电流帆足够样大时版，在哥电艳阻株Rb珍r是上产谷生正笨偏电燕压将痛导致婆寄生碰晶体躬管导射通，堆造成醒寄生涂晶闸弱管导焦通神，凤IG居B文T糟的栅须极失医去控侍制，额器件洁的电戏流迅剥猛上鲁升超妻过定矿额值绵，最炕终烧痕毁器循件，湖这种鼠现象粪称为爆擎住蠢效应唇。孔IG爹B贡T捎存在做静态乘和动垄态两冰种擎匙住效俩应，膀分别灰由导鞭通时灵的电浅流和岔关断固时的外电压崭过大额而引衫起，锄要在科实践慨中根寻本避郑免擎桥住效于应是缓很困帝难的仅，这澡在某绑种程爪度大沈大影撇响逃了猛IG扔B呈T朵的可付靠性狸。房冻炒三缴.煮IG享B怀T绣的高渔阻放旅大区惧潜松“购晶体守管是造一种顿放大粮器连”幻，缸AB镰B任公司置的半唯导体胃专家元卡罗梳尔在流文帽献拨1坑中对旧晶体永管给炒出了精中雄肯饼*田价。精晶体隐管与间晶闸角管的匆本质灾区别碗在于贡：晶止体管扁具有耍放大托功能微，器颂件顿存在盾导通列、截脚止和党放大傲三个柴工作倍区，律而放阁大区贷的载做流子斤处于游非饱院和状放态，痕故放卡大区做的电棉阻远碗高于悟导通翻区；过晶闸鼠管是虾晶体迷管的布正反畜馈组好合，刘器件尿只存今在导佛通和聚截止案两个喘工作谊区，碑没有杏高阻碗放大赔区。而词众所多周知捷，功河率半往导体部器件摄都是槐作为岂开关副使用开的，素有用卖的工婆作状散态只屑有导煌通和店截止粗，放搏大状精态非沿但没俯用，救反而爪起负脂面作命用。招理由赢是如勿果电挣流通缩过放教大区板，由程于该监区的果电阻画较大蜓，必言然引林起剧渣烈的扁发热乐，导估致器和件烧术毁注。篇IG构B横T学从属耽于晶啄体管省，同讯样存搁在高午阻放淡大区交，器酸件在池作开梳关应梳用时掌，必冷然经歉过放怕大区乒引起着发热久，这缎是包剩括坦IG绘B沾T亮在内饲的晶廊体管暂在开短关应局用上蚀逊色掏于晶渔闸管连的原声理所倍在。塑图达4a昨绘晶闸拌管政的犬PN高P轮N溪结构潮与等桨效电天路渗蜻丝四警.示IG艇B排T赴的封浅装形洋式与咽散热固指对于凝半导艰体器烟件，甩管芯支温度匹是最袄重要职的可讲靠条沈件，伤几乎壳所有土的技抗术参崇数值塞都是毕在允李许温尚度（霸通德常醒为写12侍0熟○—之—护14咸0步○溜C偷）条至件下拘才成躁立的陕，如它果温道度超喘标，尼器件垫的性弓能急脊剧下吹降，率最终映导致耳损坏满。公遥半导陵体器唐件的疯封装攀形式预是为偏器件督安装繁和器讽件散蔑热服眉务的唯。定组额辨20主0攀A约以上变的器箩件，宴目前跪主要仔封装己形式弱有模状块式狼和平半板压延接式稠两种叛，螺威栓式遣基本他已经厕淘汰堵。袜篮模块颠式结斧构多甘用于投将数唐个器籍件整珍合成愉基本我变流肺电路济，例遇如，揉整流嗽、逆手变模跨块，勉具有光体积滔小，秧安装瞧方便话，结侨构简朱单等间优点瞎，缺命点是怀器件粮只能直单面祖散热幸，而斧且要境求底盛板既估要绝带缘又握要导内热性船能好绍（实屿现起漆来很炮困难已），摔只适浸用于引中小幻功率丝的单梅元或吹器件支。秋瞎平板渗式结争构主笑要用难于单章一的杠大电陵流器行件，石是将呀器件佛和双浩面吊散持热器她紧固播在一个起，挤散热镰器既央作散玉热又青作电乳极之填用。心平板旧式的件优点雅是散桃热性夹能好董，器投件工逝作安皂全、触可靠禽。缺御点是华安装庭不便舌，功想率单脏元结辅构复能杂，搁维护护不如岩模块睁式方聋便。御若综合忙利弊柿，当储电流只大掉于棉20熊0笑A雅（尤窄其握是窄50弄0捏A愉以上评）的院半导清体器阁件上朗首选节平板新式结眠构，据已经霉是业奇内共钟识，想只新是牢IG碑B创T别受管尊芯制唇作原训理的顽限制戒，目医前无所法制刺造成貌大功母率视芯片未，不浇能采暴用平嗽板式矛结构荡，只臭好采愚用模年块式厉，虽价然安董装方顽便，肺但散究热性愿能差似不利灶于可冠靠性缠，这甲是不愉争的那事实华。志储迫五耻.牺IG经B钉T垒的并苦联均口流问激题臂苗目前庸，国脱外单灿管路IG舒B练T暑的最柱大容睬量弓为园20星00原A/局25稀00丙V敲，实踩际的啊商品吼器件坛容屋量布为奏12辅00礼A/旬24挥00捕V爽，根贷据大适功率刮斩波微的需虎要，吹通常拴，额驳定工垫作电爪流仰为坊40愁0锡A孙——民15西00往A畏，考绍虑到且器件升工作猴安全呼，必抗须留四有膨2够倍左汤右的希电流星裕度踩，再描结合弹本文煎前述政的核IG斜B堵T泛最大剑电流及标称壤问题驾，单秤一器驶件无脊法满凤足要自求，像必须凭采用烤器件浅并联吩。半柄导体饲器件腐并联瞎存在积的均互流问津题是蕉影响拍可靠政性的显关键揉，由海于受施离散膏性的咏限制霸，并逃联器不件的锣参数授不可济能完织全一隐致，现于温是导动致并奖联器继件的胞电流蛇不均增，此凑时林的疗1+羡1喉小校于苏2啄，特兆别是安严重误不均姓流时兴，通鼻态电役流大屠的器匪件将裙损坏剂，这史是半柴导体列器件桥并联盗中老壳大难鹿的问室题，谢为此着，要晚提高毕斩波雷包括雹其它宾电力雀电子酸设备库的可信靠性纤，应府该尽翅量避息免器习件并含联，狂而采流用单重管大摊电流绢器件蓝。另匆从理中论上教讲沉，摘IG侮B茄T臂在大矮电流某状态津具有形正温咳度系击数，捞可以甩改善椒均流寿性能除，但学是毕肚竟有伯限，置加上筒可控态半导岁体器脾件的弟均流剪还要海考虑永驱动装一致哗性，邮否廉则，诉既使丹导通封特性供一致欣，也钩无法挎实现撇均流久，这林样，锈就续给泳IG云B巡T犬并联酬造成彼了极宫大困茄难。疫歪六造.核IG望B面T侧的驱祸动与院隔离以问题飞淘可控鄙半导蚁体器普件都胶存在泡控制茧部分蠢，晶具闸管关和晶伪体管谦也不过例外认。为医了提垃高可飘靠性惕，要揭求驱宴动或沈触发卵部分绿必须善和主象电路瞎严格流隔离似，两然者不布能有众电的递联系协。纳艰与晶膨闸管臣的脉瓣冲沿贝触发标特性铺不同刚（沿丛驱动殖）纺，部IG池B忽T在等晶携体管油的导赴通要昆求栅他极具岂有持巩续的辱电流渗或电糟压（激电平辞驱动特），丛这样棵，晶扔体管悼就不攀能象体晶闸细管那歌样，油通过沫采用朋脉冲少变压疏器宣实现渡隔离深，驱屯动电颂路必卧须是侮有源抓的，仅电路榜较为黑复杂易，而廊且包匪含驱禁动数电源恒在内闸，要居和主缸电路涝有高萄耐压膀的隔洲离。码实践肠证明逆，腥晶体非管的满驱动抱隔离吨是导甜致系装统可偿靠性藏降低贴不可沙忽略鱼的因浅素，侄据不佣完全惑统计甜，由唉于驱乎动隔佛离问惑题而拆导致谷故障努的几猪率约饿占总梁故障陵的伸15循%极以上拢。笔钳聪七有.章铁结束粗语床型附肯表可1什、棉2险总结嚼了晶撒闸管绣和密IG昏B圈T乒部分间性能病的对典比：欺姜附殿表迎1眼SC梁R虎（晶窝闸管菠）敌与倚IG攀B趟T姓的部铸分性翠能对勒比帜咏宜IG栗B衔T滤斩波曾受器邮件容壶量和箭晶体恩管特陆性的衫限制什，在壤较大塘功率涛（密50充0K驱W粉以上泡）的垄内馈时调速皂应用伸上还料存在衔问题步，其膀中主卷要表诵现在习承受扁过流扇、过旅压的泼可靠江性方幅面。小不能挺以查IG伞B周T否的全昏控优设点，壶掩盖籍其存仗在的葬不足匀，科续学实命践需逢要科历学的丈态度阔。屑寻在勇大功洲率开疤关构应用津的站可靠饼性方僚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