机车电力电子技术 课件 2.2 IGBT

复习提问1.晶闸管结构、类型；2.晶闸管的简易测试方法；用万用表的R×1k挡或R×100档测量阳极与阴极的正、反向电阻都应很大，然后用黑表笔接阳极，红表笔接阴极，再用黑表笔碰门极，若正向电阻大幅下降，且黑表笔离开门极电阻不会变大，说明晶闸管能正常触发工作。阴极K阳极A门极G3.双极型器件的特点，单极型器件特点；双极型：导通压降低，电压电流定额大，输入阻抗低。控制性能从不好，功耗大。单极型：开关时间短，工作频率高，响应快，输入阻抗高。控制性能好。导通压降高，电压、电流定额小。结构、符号开关条件开关原理特性参数模块保护2-2认知IGBT容量电流容量10~3300A，电压等级600~8000V,开关频率10~100kHz.优点输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好和驱动电路简单优点，又有通态电压低、耐压高优点。半桥单管全桥芯片2-2认知IGBT一、结构、类型和符号2.类型复合型-全控型-电压控制型器件。3.电气符号集电极发射极ECG1.结构IGBT全称绝缘栅双极型晶体管，是双极型晶体三极管和绝缘栅型场效应管复合构成的电力电子器件。2集电极3发射极1栅极栅极晶闸管开关条件P1N1P2N2AGKJ1J2J3IA

IG

2-2认知IGBT阳极电流小于维持电流时关断；或阳极-阴极加反向电压关断。阳极-阴极加正向电压，门极有触发电流时，导通；门极电流消失，依然导通。二、IGBT的开关条件UGE1.UGE=0，IGBT正向阻断，灯泡不亮。2.UGE>0，IGBT开通（集射极），灯泡发光。3.UGE消失，IGBT关断，灯泡不亮。2-2认知IGBT二、IGBT的开关条件UGE1.UGE=0，IGBT正向阻断，灯泡不亮。2.UGE>0，IGBT开通（集射极），灯泡发光。4.UGE<0，IGBT关断（集射极），灯泡不亮。控制IGBT的栅极-发射极电压，即可控制IGBT通断。2-2认知IGBT3.UGE消失，IGBT关断，灯泡不亮。三、IGBT工作原理（开通关断由UGE决定）IGBT是一个电子开关，其开关作用是通过加正向栅极电压MOS内形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。UGS+正向电场,形成沟道基极电流IGBT通

反之，在栅极加负电压时，MOS内沟道消失，PNP晶体管基极电流被切断，使IGBT关断。2-2认知IGBT四.IGBT的特性1.静态特性（1）转移特性开启电压2-2认知IGBTUGEICIGBT的转移特性描述的是集电极电流IC与栅射电压UGE之间的关系。UT是IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压。UT随温度升高而略有下降，在25℃时，UT的值一般为2~6V。（2）输出特性：分为四个区:正向阻断区、有源区、饱和区和反向阻断区。在电力电子电路中，IGBT工作在开关状态，是在正向阻断区和饱和区之间来回转换，尽量避免工作在有源区，否则功耗将会很大。四.IGBT的特性1.静态特性2-2认知IGBT也称伏安特性，描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电流IC与集射极电压UCE之间的关系。正向阻断区（1）IGBT的开通过程（2）IGBT的关断过程IGBT的开通时间和关断时间一般为微秒数量级，因此其开关频率较高，为kHz以上。四.IGBT的特性2.动态特性（开关特性）2-2认知IGBT集射极阻断电压UCES五、IGBT的主要参数2.集电极最大连续电流IC3.通态压降UCE(on)4.最大集电极功耗PCM7.栅极-发射极间的漏电流IGES6.集电极-发射极间漏电流ICES5.栅极-发射极电压UGEIGBT为电子开关，和普通的金属开关损耗一样吗？IGBT开关频率高，功率损耗较大，通态有压降，断态有漏电流，功耗较大，通常装有散热装置。2-2认知IGBT六、

IGBT模块★IGBT模块是由绝缘栅双极晶体管芯片与续流二极管芯片通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。容量大、频率高、开关损耗较小。一个单元两个单元四个单元半桥IGBT全桥IGBT2-2认知IGBT七、测试（半桥IGBT）把万用表放在R×10kΩ档，测量黑表笔接4端子、红表笔接5端子，此时另一黑表笔接3端子，红表笔接1端子，万用表的指针摆向阻值较小的方向，把表笔对调，也有较小的电阻，表明此IGBT单元是完好的。用同样的方法测试1、2端子间的IGBT，若符合上述情况，表明IGBT也是完好的。★1.静态测试

把万用表放在R×100Ω档，测量黑表笔接1端子、红表笔接2端子、显示电阻应为无穷大；表笔对调，显示电阻应在500~600Ω。用同样方法，测量黑表笔接3端子、红表笔接1端子，显示电阻应为无穷大；表笔对调，对应电阻应在500~600Ω，若符合上述情况，表明此IGBT的两个单元没有明显的故障。★2.动态测试2-2认知IGBT八、

IGBT保护

由于IGBT具有极高的输入阻抗容易造成静电击穿，故存放和测试应采取防静电措施。

将IGBT用于电力变换时，为了保证安全运行，防止异常现象造成器件损坏，必须采取完备的保护措施，常用的保护措施有：（1）通过检测出的过电流信号切断门极（栅极）信号，实现过电流保护；（2）利用缓冲电路抑制过电压，并限制过高的电压变化率du/dt；（3）利用温度传感器检测IGBT的外壳温度，当超过允许温度时主电路跳闸，实现过热保护。2-2认知IGBT九、

IGBT应用

采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。2-2认知IGBT

和谐系列内燃机车为交—直—交流传动机车，发电机把内燃机提供的动能转换为电能，IGBT构成交—直—交变流电路，把交流电转换变压变频可调的交流电，供给交流牵引电机。HXN3型和谐型内燃机车HXN5型交流牵引电机驱动交流牵引电机驱动九、

IGBT应用2-2认知IGBTHXD3型（牵引力大）交流牵引电机驱动交流牵引电机驱动HXD3B型

和谐系列电力机车为交—直—交电传动机车，接触网提供25kV/50Hz交流电，由IGBT构成交—直—交变流电路，把定压定频单相交流电转换三相交流电，输出电压、频率、相位及相序可调，供给交流牵引电机。来完成机车启动、加速和转换运行方向的控制。2-2认知IGBT应用

新型动车组为交—直—交电传动动车，接触网提供25kV/50Hz交流电，由IGBT构成交—直—交变流电路，把定压定频单相交流电转换三相交流电，输出电压、频率、相位及相序可调，供给交流牵引电机。来完成动车组启动、加速和转换运行方向的控制。复兴号动车组交流牵引电机驱动CRH380a动车组（速度快）2-2认知IGBT应用2-2认知IGBT复习1.结构、符号2.开关条件3.原理4.特性5.参数6.模块7.测试IGBT是一个电子开关，其开关作用是通过加正向栅极电压MOS内形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。

反之，