带反向阻断型IGBT的交流控制器

1 引言

根据文献[1]中的调查，目前美国国内有三分之一的能量消耗于驱动器上。大量的小功率的驱动器被直接接于交流母线上。比如文献[2]中的转矩为m～w2的风扇直接接在母线上时，这意味着无论是否需要，它都将一直在满功率运转。控制交流电机的交流输入将可以节省可观的能量。因为这样可以调节电机的工作点使其满足实际的工作需要。文中将在第二部分介绍多年来常用的交流控制器。第三部分提出了带阻断igbt的交流控制器。

2 晶闸管型的交流控制器

图2 chip structure of and symbol used for reverse blocking igbt

文献[3]中详细讲解了晶闸管型交流控制器的特征和工作原理。图1中为一个带阻感负载rl-l l的交流控制器，该控制器直接接于交流母线两端。图中晶闸管的功能相当于一个二极管。只不过只有当晶闸管被提前触发后，晶闸管中才会有正向电流流过。只有当流过晶闸管的电流为零后，晶闸管才会阻断。换句话说就是，我们只能控制晶闸管的开通却无法控制晶闸管的关断[4]。如果图1的交流控制器中只接纯阻性负载，只要在un>0和un<0时分别控制晶闸管th1、th2开通即可。在母线电压un为零的附近，不需要控制。由于电流in=un/rl，其波形同un一样，为一正弦波形。由于必须等到电流为0后晶闸管才恢复为阻断状态，所以un过0处同in=0重新触发的时刻之间存在一段时间间隔。触发的延迟会导致小部分能量消耗于负载中，但严重的是触发的延迟还会引起负载电流和输入电压之间存在相位差，并使得

输入电流中引入了谐波电流，而不是一个完整的正弦波形。如果电路中接的是阻感负载或纯感性负载，那么触发的延迟将会导致间歇性的输入电流或谐波的增加。

这种电路虽然简单粗糙，但其优点不可被低估。不过这种电路的大量使用将会将会恶化电源的质量，需对其进行适当的无功补偿。合适的滤波器可以部分补偿，较为经济。

3 自动换向的交流控制器

3.1 可反向阻断的igbt

要使得文中第二部分的电路克服上述的缺点，必须使得电路中的开关器件能够阻断双向电压，而且对于单向电流能同时控制开通和阻断。文献[5]中介绍了一种新型开关器件--可反向阻断型igbt。图2为该器件的结构图。图2中，器件将会向左继续延伸，右边用护圈环代表结端，画到了期间的边沿。该中igbt的几何结构和工作模式都和npt igbt一致。另外除了n pt的结构，在芯片边缘的p+集电极通过绝缘扩散被阻断。这使得p+-n-结能承受反向电压，此时集电极为负。如果没有上述的措施，有没有阻断层，在芯片边缘的结将会被击穿。这也是通常的igbt为什么不能承受反压的原因。通常的igbt如果不串入一个二极管是不能被用到可控的交流控制器中的。这种新型的igbt的电路符号如图2的右图所示，该电路符号中在集电极处有一个二极管符号表明在集电极处其可承受反压。图2

图2 chip structure of and symbol used for reverse blocking igbt

ixrh50n100为一种可反向阻断型的igbt，其额定值及主要参数列于表1:

它的额定阻断电压为uces=1000v，同交流整流中的晶闸管。数据中还包括相应于普通igbt 的一些常见的工作参数:饱和电压ucesat，开关时间tdon，tr，td off，还有能量参数eon,e off。反向恢复电流irm和反向恢复时间trr，表征其反向阻断能力。上述的参数都是通过图3中的斩波电路进行测试。测试的时候，在可反向阻断型igbt管t1的门极加上正向电压uge =15v，当电感中有电流流过且t2关断时，t1中将流过正向电流，集电极-发射极之间的电压uce>0。当uce=-uz<0时，t1被阻断。可反向阻断的igbt管t1，在电路中可看成是一个可控型的二级管。该igbt芯片内所集成的二极管的固有的反向恢复波形如图3所示。该igbt 的关断较为柔和，不会导致电压的超调。这种新型igbt的开关速度比晶闸管快。

3.2 交流控制器电路

方法1，将图1中交流控制器的晶闸管用可反向阻断型的igbt代替，如图4所示。使用反向阻断型的igbt在电流过0时，可以有效的关断开关管。但电路中电感的去磁必须考虑。电流过0时，存储在负载电感ll或交流母线中所接的电感中的能量必须被消耗掉。此时会在开关管t1和t2两端引起电压尖峰，为了抑制尖峰，应在电路中接入齐纳二极管。另外由于母线上的电流为间断性的，会在电路中引起电磁干扰。为了抑制电磁干扰，可在交流母线输入

端接入ln-cn滤波器使得输入电流连续。同晶闸管型的交流控制器中为了改善输入电流，使得滤波器的频率为为交流电源的频率。此处滤波器的频率更高，所以滤波器可以设计得很小。

图3 swithing behaviour-tuming off a reverse blocking

igbt used as “ontrolled diode” in a chopper circuit

图4 ac controller with reverse blocking igbts and clamp circuit

图4中的电路只适合阻性负载比如灯泡，这时只需要消耗电路寄生电感中所存储的少部分能量。这种方法不适合第一部分中所提到的带较大感性负载的马达驱动的场合。针对马达驱动可用图5的电路，图5中交流母线端的滤波器可用来存储，in≠0时，t1、t2被关断时，电源电感中的能量，负载电感ll中所存储的能量不会消耗在开关器件中;负载电感电流将通过与负载相并联的电路支路续流。电路中的开关器件均为反相阻断型igbt。电路开关器件组合为双向双极性的。在并联支路中的电流方向if与电源侧的电流方向in相同。

图5 ac controller with reverse blocking igbts and parallel current path

3.3 控制方案

图5中带并联支路的交流控制器具有一系列的开关状态。表2中列出的开关状态，包含了除il=0之外的所有的工作点。

·四个象限内的功率变换都有包括。比如如果un*×in>0，功率从交流母线侧流向负载。如果

un*×in<0，则功率流向相反。

·在所有的象限内，交流控制器的控制方式和斩波器相同。控制中只要控制一个开关管的开关状态就可。此开关管的开关状态在表中用黑体标出。当该开关管开通时，其中流过负载电流，否则的话，负载电流将流过续流管。续流管的开关状态在表中用斜体标出。续流管至少在主开关管关断时必须开通。在主开关管开通时仍可保持其开通，此时续流管将被迫承受反压而被阻断。

·负载电流il的极性决定了哪个开关组合t1、t3或t2、t4处于主导状态。而滤波后的输入电压un*的极性决定了在主导的开关组合中哪个开关管是主开关管。

·如果控制信号使续流管误关断，会导致交流输入端短路，从而损坏整个变换器。可能引起上述危险的开关状态在表中被标出。譬如当un*_in的工作象限改变时，表中将建议不要采用此种开关状态。这也是我们意识到这种电路的控制与晶闸管型的交流控制器相比要更为复杂的原因。

如假设开关管为恒频驱动，驱动脉冲的频率为ft (ft大于输入的交流电的频率)，设开关管的占空比为a;表2中的开关状态所对应的波形图可如图6所示。

占空比a为开关导通时间与开关周期的比值。

此处tt1on、tt2on、tt3on、tt 4on分别表示各开关管的导通时间，0≤a≤1。t0时刻为某一开关周期的起始时刻，这样图5中电路的开关状态可用微分方程表示为:

忽略开关管的导通压降，将方程2的解近似并考虑开关状态变化时的边界条件，可忽略滤波器的影响，把输入的交流电压看成纯粹的正弦波形作为参考(如图6所示)。当开关管t1或t2中有电流时，输入电流等于负载电流为正时il=in将增加，相反un*为负时

将减小(分别如图所示)。当负载电流通过并联支路进行环流时，负载电阻r l的存在将使

下降。需指出的是参照表2，在四个象限内的工作情况都有所述及。另外输入电流和负载电流在一个开关周期内的平均值为。将平均电流与图6顶端的电流比较发现，对于阻性负载时，输入电流是连续的，可看成是与交流母线直接相连。很显然: ·交流控制器通过减小输入电流，从而降低了输入的功率损耗。

·输入电流与输入电压之间的相位差将由于交流控制器中反向阻断igbt和并联的电流支路而恶化。不过在晶闸管型的交流控制器中同样存在这样的问题。

·输入端的滤波器有利于将断续的输入电流滤波呈连续。

对于带并联支路的交流控制器的控制方法已有人做了大量的研究。文献[6]对控制方法及其对输入输出的影响做了很好的总结。需指出的是，比上文的定占空比更为复杂的方法，确实是另有优势的。

·输入电流中超过次的谐波电流都被滤掉了。滤波器可用来滤掉高次谐波电流。适当的调制方法有助于进一步降低电路中的谐波含量。

·采用上面的控制方法不仅可以降低功率损耗，还可以改善输入的功率因数。使其超过由负载r l和l l的相角的cosφ。使用这种控制方法时，开关管的占空比a在一个开关周期内1/f t

是变化的;这使得电流的极性将先于变化。表2和方程组1中所列出的的时间越短，滤波后的电压与之间的相角就越小。

4 展望

图6 calealated wavetomes

上文提到的在带并联电流支路的交流控制器中，有两点是很有潜力的:3.1中用阻断型的igbt

组成图5的电路，代替了原来用二极管与普通的igbt相串联。这样不仅减少了电路中的开关器件数量还避免了串联二极管中可能的损耗。

ixys将在阻断型的igbt领域中继续发展。表1中ixrh50n100已经证明了这种技术的可行性。现在正在研究的用于交流控制器中的新型器件将会有更小的额定功率，大概只会有几百瓦。

谢根大学做了大量的这种电路设计与控制的研究。他们的目标是用图5的电路进行实验验证，实验中采用3.3中的控制方法。这项工作将通过提出更为细致的可行的控制方案，脉冲方式，来优化利用各种开关状态并将相应的控制方法考虑进去，来进一步深入交流控制器的研究应用。

5 结束语

新型的可阻断型igbt的引入促使了这种功率器件数少且低功率损耗的，能自动换向的交流控制器的产生。在马达驱动场和这种电路有助于节省能量，降低损耗。因为在部分负载范围内，此电路允许降低输入损耗。同已知的晶闸管型的交流控制器相比，这种电路中emc虽然增大了，但电路中输入的功率因数提高了，且谐波电流的含量也有所降低。

参考文献

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IGBT的结构和工作原理

IGBT的结构和工作原理 图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region ）。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。 IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。 2.IGBT 的工作特性 1.静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高，Id 越大。它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。 IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内，Id 与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。 IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时，由于它的PNP 晶体管为宽基区晶体管，所以其B 值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on) 可用下式表示： Uds(on) ＝Uj1 ＋Udr ＋IdRoh 式中Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为0.7 ～1V ；Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降；Roh ——沟道电阻。

igbt工作原理及应用

igbt工作原理及应用 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的保护 引言 绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,因此,可以把其看作是MOS输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点,又具有双极型器件容量大的优点,因而,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。在中大功率的开关电源装置中,IGBT由于其控制驱动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点,已逐步取代晶闸管或GTO。但是在开关电源装置中,由于它工作在高频与高电压、大电流的条件下,使得它容易损坏,另外,电源作为系统的前级,由于受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大,故IGBT的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而,在选择IGBT时除了要作降额考虑外,对IGBT的保护设计也是电源设计时需要重点考虑的一个环节。 1 IGBT的工作原理 IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止 由此可知,IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：

——IGBT栅极与发射极之间的电压; ——IGBT集电极与发射极之间的电压; ——流过IGBT集电极－发射极的电流; ——IGBT的结温。 如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。 2 保护措施 在进行电路设计时,应针对影响IGBT可靠性的因素,有的放矢地采取相应的保护措施。 2．1 IGBT栅极的保护 IGBT的栅极－发射极驱动电压VGE的保证值为±20V,如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压,则可能会损坏IGBT,因此,在IGBT的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外,若IGBT的栅极与发射极间开路,而在其集电极与发射极之间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在,使得栅极电位升高,集电极－发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时,可能会使IGBT发热甚至损坏。如果设备在运输或振动过程中使得栅极回路断开,在不被察觉的情况下给主电路加上

解析IGBT工作原理及作用

解析IGBT工作原理及作用 一、IGBT是什幺 ?IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半 导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小， 开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流 系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 ?通俗来讲:IGBT是一种大功率的电力电子器件，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。三大特点就是高压、大电流、高速。 ?二、IGBT模块 ?IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor（绝缘栅双极型晶体管）的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降 低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工 作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 ?IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知，若在IGBT的栅极和发射极之 间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之 间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，

IGBT驱动原理

IGBT 驱动原理 目录 一、简介 二、工作原理 三、技术现状 四、测试方法 五、选取方法 简介： 绝缘栅双极晶体管IGBT 是第三代电力电子器件，安全工作，它集功率晶体管GTR 和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高 (10-40 kHz) 的特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。广泛应用于小体积、高 效率的变频电源、电机调速、UPS 及逆变焊机当中。IGBT 的驱动和保护是其应用中的关 键技术。 1 IGBT 门极驱动要求 1.1 栅极驱动电压 因IGBT 栅极- 发射极阻抗大，故可使用MOSFET 驱动技术进行驱动，但IGBT 的输入电容较MOSFET 大，所以IGBT 的驱动偏压应比MOSFET驱动所需偏压强。图 1 是一个典型的例子。在+20 ℃情况下，实测60 A ，1200 V 以下的IGBT 开通电压阀值为 5 ～6 V ，在实际使用时，为获得最小导通压降，应选取Ugc ≥(1.5 ～3)Uge(th) ，当Uge 增加时，导通时集射电压Uce 将减小，开通损耗随之减小，但在负载短路过程中Uge 增加，集电极电流Ic 也将随之增加，使得IGBT 能承受短路损坏的脉宽变窄，因此Ugc 的选择不应太大，这足以使IGBT 完全饱和，同时也限制了短路电流及其所带来的应力( 在具有短路工作过程的设备中，如在电机中使用IGBT 时，+Uge 在满足要求的情况下尽量选取最小值，以提高其耐短路能力) 。

1.2 对电源的要求 对于全桥或半桥电路来说，上下管的驱动电源要相互隔离，由于IGBT 是电压控制器件，所需要的驱动功率很小，主要是对其内部几百至几千皮法的输入电容的充放电，要求能提供较大的瞬时电流，要使IGBT 迅速关断，应尽量减小电源的内阻，并且为防止IGBT 关断时产生的du/dt 误使IGBT 导通，应加上一个-5 V 的关栅电压，以确保其完全可靠的关断 ( 过大的反向电压会造成IGBT 栅射反向击穿，一般为-2 ～10 V 之间) 。 1.3 对驱动波形的要求 从减小损耗角度讲，门极驱动电压脉冲的上升沿和下降沿要尽量陡峭，前沿很陡的门极电压使IGBT 快速开通，达到饱和的时间很短，因此可以降低开通损耗，同理，在IGBT 关断时，陡峭的下降沿可以缩短关断时间，从而减小了关断损耗，发热量降低。但在实际使用中，过快的开通和关断在大电感负载情况下反而是不利的。因为在这种情况下，IGBT 过快的开通与关断将在电路中产生频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压Ldi/dt ，并且这种尖峰很难被吸收掉。此电压有可能会造成IGBT 或其他元器件被过压击穿而损坏。所以在选择驱动波形的上升和下降速度时，应根据电路中元件的耐压能力及du/dt 吸收电路性能综合考虑。 1.4 对驱动功率的要求 由于IGBT 的开关过程需要消耗一定的电源功率，最小峰值电流可由下式求出： I GP = △ U ge /R G +R g ； 式中△Uge=+Uge+|Uge| ；RG 是IGBT 内部电阻；Rg 是栅极电阻。 驱动电源的平均功率为： P AV =C ge △ Uge 2 f, 式中． f 为开关频率；Cge 为栅极电容。 1.5 栅极电阻 为改变控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡，减小IGBT 集电极的电压尖峰，应在IGBT 栅极串上合适的电阻Rg 。当Rg 增大时，IGBT 导通时间延长，损耗发热加剧；Rg 减小时，di/dt 增高，可能产生误导通，使IGBT 损坏。应根据IGBT 的电流容量和电压额定值以及开关频率来选取Rg 的数值。通常在几欧至几十欧之间( 在具体应用中，还应根据实际情况予以适当调整) 。另外为防止门极开路或门极损坏时主电路加电损坏 IGBT ，建议在栅射间加入一电阻Rge ，阻值为10 k Ω左右。 1.6 栅极布线要求 合理的栅极布线对防止潜在震荡，减小噪声干扰，保护IGBT 正常工作有很大帮助。 a ．布线时须将驱动器的输出级和lGBT 之间的寄生电感减至最低( 把驱动回路包围的面积减到最小) ； b ．正确放置栅极驱动板或屏蔽驱动电路，防止功率电路和控制电路之间的耦合； c ．应使用辅助发射极端子连接驱动电路； d ．驱动电路输出不能和IGBT 栅极直接相连时，应使用双绞线连接(2 转/ cm) ； e ．栅极保护，箝位元件要尽量靠近栅射极。 1.7 隔离问题

高频交流斩波调压说明书

高频斩波式交流调压电源 说明书 前言 1．课题来源 单相交流电源的应用是非常广泛的。比如在农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。目前能够实现这一要求的调压器有下面三种： 1)磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，而且体积和重量均较大。 2)机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。 3)电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管凋压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。 从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的综合性能。逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还可以实现频率的变换。它是通过AC/DC/AC变换实现的。具有中间直流环节——储能电容和变换效率低是它的不足。

2、解决方法 随着现代电力电子技术的发展，单相电源变换技术也有了很大的进步，先后出现了多种利用全控器件的交—交直接变换方案。本文基于矩阵式变换理论，提出一种矩阵式单相电源变换电路，该电路只使用两个双向开关管，可以实现输出电压连续可调及获得高正弦度的输入电流波形。 采用单相—单相矩阵式电力变换。通过一组开关函数可以将输入的工频交流电压转换成幅值和频率均可调的单向交流电压。 3、优势 本文提出采用MOSFET的斩波式交流调压器，相对单片机和DSP控制器来说，没有复杂的程序控制，使该调压器具有调节方便、动态响应快、对电网谐波污染小、装置功率因数较高等优点。用于交流电压的调节和控制，有更好的性能和应用前景。 一、系统工作原理 1、高频交流斩波调压的基本原理 交流斩波调压的原理波形如图1所示。由图可知，它是用一组频率恒定、占空比可调的脉冲，对正弦波电压进行调制后，得到边缘为正弦波、占空比可调的电压波形。该电压的调制频率f0，其基本谐波频率为50Hz。改变占空比，即可改变输出电压。利用具有自关断能力的电力半导体器件就可方便地

IGBT系列焊机工作原理

第十一章IGBT系列焊机工作原理 一、功率开关管的比较 常用的功率开关有晶闸管、IGBT、场效应管等。其中，晶闸管（可控硅）的开关频率最低约1000次/秒左右，一般不适用于高频工作的开关电路。 1、效应管的特点： 场效应管的突出优点在于其极高的开关频率，其每秒钟可开关50万次以上，耐压一般在500V以上，耐温150℃（管芯），而且导通电阻，管子损耗低，是理想的开关器件，尤其适合在高频电路中作开关器件使用。 但是场效应管的工作电流较小，高的约20A低的一般在9A左右，限制了电路中的最大电流，而且由于场效应管的封装形式，使得其引脚的爬电距离（导电体到另一导电体间的表面距离）较小，在环境高压下容易被击穿，使得引脚间导电而损坏机器或危害人身安全。 2、IGBT的特点： IGBT即双极型绝缘效应管，符号及等效电路图见图11.1，其开关频率在20KHZ~30KHZ 之间。但它可以通过大电流（100A以上），而且由于外封装引脚间距大，爬电距离大，能抵御环境高压的影响，安全可靠。 图11.1 二、场效应管逆变焊机的特点 由于场效应管的突出优点，用场效应管作逆变器的开关器件时，可以把开关频率设计得很高，以提高转换效率和节省成本（使用高频率变压器以减小焊机的体积，使焊机向小型化，微型化方便使用。（高频变压器与低频变压器的比较见第三章《逆变弧焊电源整机方框图》。 但无论弧焊机还是切割机，它们的工作电流都很大。使用一个场效应管满足不了焊机对电流的需求，一般采用多只并联的形式来提高焊机电源的输出电流。这样既增加了成本，又降低了电路的稳定性和可靠性。 三、IGBT焊机的特点 IGBT焊机指的是使用IGBT作为逆变器开关器件的弧焊机。由于IGBT的开关频率较低，电流大，焊机使用的主变压器、滤波、储能电容、电抗器等电子器件都较场效应管焊机有很大不同，不但体积增大，各类技术参数也改变了。

IGBT的工作原理与工作特性

IGBT的工作原理和工作特性 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。 IGBT的工作特性包括静态和动态两类： 1．静态特性 IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与GTR的输出特性相似．也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。 IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，

其最佳值一般取为15V左右。IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on)可用下式表示: Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh （2－14） 式中Uj1——JI结的正向电压，其值为0.7～IV； Udr——扩展电阻Rdr上的压降；Roh——沟道电阻。 通态电流Ids可用下式表示： Ids=(1+Bpnp)Imos (2－15） 式中Imos——流过MOSFET的电流。 由于N+区存在电导调制效应，所以IGBT的通态压降小，耐压1000V 的IGBT通态压降为2～3V。IGBT处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。 2．动态特性 IGBT在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET来运行的，只是在漏源电压Uds下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on)为开通延迟时间，tri为电流上升时间。实际应

斩控式单相交流调压电路设计..

湖南工程学院应用技术学院课程设计任务书 课程名称：电力电子技术 题目：斩控式单相交流调压电源设计 专业班级：电气118 学生姓名：学号: 指导老师：刘星平蔡斌军李祥来等审批：谢卫才 任务书下达日期2014年5 月12日 设计完成日期2014年5月23 日

目录 第1章概述 (1) 1.1 交流调压在生活中的应用 (1) 1.2 关于单向调压器 (1) 1.3 关于本课题 (2) 第２章设计总体思路 (3) 2.1 系统总体方案确定 (3) 2.2 交流斩波调压的基本原理 (7) 第3章主电路设计与分析 (8) 3.1 主要技术条件及要求 (8) 3.2 开关器件的选择 (8) 3.3 主电路计算及元器件参数选型 (8) 3.4 主电路结构设计及分析 (9) 第4章主控制芯片的详细说明 (10) 4.1 芯片的选择 (10) 4.1 芯片的详细介绍 (10) 4.1芯片的工作原理 (11) 第5章实验调试 (13) 第6章总结与体验 (19) 附录A 参考文件及评分表

第1章概述 1.1交流调压在生活中的应用 交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常用交流高压电路调节变压器一次电压。因此交流调压电路广泛存在于农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。 1.2关于单相调压器 对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。目前能够实现这一要求的调压器有下面三种： 磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。 机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。 电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。 从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的性能。逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还可以实现频率的变换。它

igbt逆变器工作原理_igbt在逆变器中的作用

igbt逆变器工作原理_igbt在逆变器中的作用 IGBT（绝缘栅双极型晶体管），是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。 IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。目前国内缺乏高质量IGBT模块，几乎全部靠进口。绝缘栅双极晶体管（IGBT）是高压开关家族中最为年轻的一位。由一个15V高阻抗电压源即可便利的控制电流流通器件从而可达到用较低的控制功率来控制高电流。 IGBT的工作原理和作用通俗易懂版：IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT 导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。 IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。 IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。如果撤掉加在GS两端的电压，这层导电的沟道就消失了，就不可以导电了，变成了绝缘体。 IGBT的工作原理和作用电路分析版：IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知，若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。 由此可知，IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定： --IGBT栅极与发射极之间的电压;

斩波调压

一、概述 1.1前言 除了采用相位控制方式，交流电压的调压还可以采用斩波式调压，其基本原理与直流斩波电路类似，均采用斩波控制方式，所不同的是，直流斩波电路的输入端是直流电源，而交流斩波调压电路的输入是正弦交流电源。 1.2设计的目的 1通过对交流斩波调压电路的设计，复习直流斩波电路的工作原理。 2了解与熟悉交流斩波电路的拓扑、控制方法。 3理解和掌握交流斩波电路及系统的主电路，控制电路和保护电路的设计方法，掌握器件的选择计算方法。 4具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力。 1.3设计的要求 1理论设计：了解掌握交流斩波电路的工作原理，设计斩波电路电路的主电路和控制电路。包括：MOSFET电流、电压额定值的选择，驱动保护电路的设计。 2．仿真实验：利用MATLAB仿真软件对交流斩波电路和控制电路进行仿真建模，并进行仿真实验。 二主电路的设计 2.1电路图设计 主电路设计所需要的器件：交流电压源Ui=220，电阻R，电感L，电容，二极管D1、D2、D3、D4,全控型器件（MOSFET）T1、T2、T3、T4。主电路如图1 图1 （A）串联式（B）并联式 2．1工作原理 交流斩波调压可视作将交流电源的正负半周分别当做一个短暂的直流电源。 交流斩波调压电路通常采用全控型器件作为开关器件。本次试验中，选择MOSFET作为开关器件。其原理图如图1所示（A为串联式，B为并联式）。在交流电源的正半周，用T1进行斩波控制，T3、D3为感性负载电流提供续流通路；在交流电源的负半周，用T2进行斩波控制，T4、D4为负载电流提供续流通路；因输入，输出均为交流电压，T1、T2、T3、T4均需要有双向阻断能力，因此在各支管支路中要串联快恢复二极管D1、D2、D3、D4,

IGBT 的工作原理和工作特性

IGBT 的工作原理和工作特性 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。 当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。

IGBT的工作特性包括静态和动态两类： 1．静态特性IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与GTR的输出特性相似．也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。 IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。 IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系.IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on)可用下式表示 Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh（2－14） 式中Uj1——JI结的正向电压，其值为0.7～IV；

IGBT管的结构与工作原理

IGBT管的结构与工作原理 1.IGBT的结构与工作原理图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（ Subchannel region ）。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。 IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。 2.IGBT 的工作特性 1.静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高， Id 越大。它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。如果无 N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。 IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内， Id 与Ugs呈线性关系。最

IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法

IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法 IGBT的工作原理和作用IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT 导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。 IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。 IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。如果撤掉加在GS两端的电压，这层导电的沟道就消失了，就不可以导电了，变成了绝缘体。 IGBT的工作原理和作用电路分析IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知，若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。 图1 IGBT的等效电路 由此可知，IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定： --IGBT栅极与发射极之间的电压； --IGBT集电极与发射极之间的电压； --流过IGBT集电极-发射极的电流； --IGBT的结温。 如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，如果过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏；同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压，流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能

IGBT工作原理

IGBT IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件。应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET 的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。IGBT基本结构见图1中的纵剖面图及等效电路。 导通 IGBT硅片的结构与功率MOSFET的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+基片和一个N+缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。如等效电路图所示(图1)，其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+区之间创建了一个J1结。 当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET电流)；空穴电流(双极)。 关断 当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是

IGBT工作原理及应用

IGBT工作原理及应用 1 IGBT的工作原理IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通, 这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止由此可知,IGBT的安 全可靠与否主要由以下因素决定：IGBT栅极与发射极之间的电压;IGBT集电极与发射极之间的电压;流过IGBT集电极－发射极的电流;IGBT的结温。如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极 与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT 集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT 的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。2 保护措施在进行电路设计时,应针对影响IGBT可靠性的因素,有的放矢地采取相应的保护措施。 2、1 IGBT栅极的保护IGBT的栅极－发射极驱动电压VGE的保证值为±20V,如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的 电压,则可能会损坏IGBT,因此,在IGBT的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外,若IGBT的栅极与发射极间开路,而在其集电极与发射极之间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于栅极与集

电极和发射极之间寄生电容的存在,使得栅极电位升高,集电极－发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时,可能会使IGBT发热甚至损坏。如果设备在运输或振动过程中使得栅极回路断开,在不被察觉的情况下给主电路加上电压,则IGBT就可能会损坏。为防止此类情况发生,应在IGBT的栅极与发射极间并接一只几kΩ的电阻,此电阻应尽量靠近栅极与发射极。如图2所示。由于IGBT是功率MOSFET和PNP双极晶体管的复合体,特别是其栅极为MOS结构,因此除了上述应有的保护之外,就像其他MOS 结构器件一样,IGBT对于静电压也是分敏感的,故而对IGBT进行装配焊接作业时也必须注意以下事项：在需要用手接触IGBT前,应先将人体上的静电放电后再进行操作,并尽量不要接触模块的驱动端子部分,必须接触时要保证此时人体上所带的静电已全部放掉;在焊接作业时,为了防止静电可能损坏IGBT,焊机一定要可靠地接地。IGBT在不间断电源的应用、2、2 集电极与发射极间的过压保护过电压的产生主要有两种情况,一种是施加到IGBT集电极－发射极间的直流电压过高,另一种为集电极－发射极上的浪涌电压过高。 2、2、1 直流过电压直流过压产生的原因是由于输入交流电源或IGBT的前一级输入发生异常所致。解决的办法是在选取IGBT 时,进行降额设计;另外,可在检测出这一过压时分断IGBT的输入,保证IGBT的安全。

IGBT模块工作原理以及检测方法

IGBT模块工作原理以及检测方法 IGBT模块简介 IGBT 是Insulated Gate Bipolar Transistor （绝缘栅双极型晶体管）的缩写，IGBT 是由MOSFE和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFE器件驱动功率小和开关速度快的优点，又 具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFE与功率晶体管之间， 可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知，若在IGBT的栅极G和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFE导通，这样PNP晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOS截止，切断PNP晶体管基极电 流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFE一样也是电压控制型器件，在它的栅极G-发射极E间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。 图1 IGBT的等效电路 2 IGBT模块的选择 IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。其相互关系见下表。使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。同时，开关 损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。特别是用 作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降温等使用。 3使用中的注意事项 由于IGBT模块为MOSFE结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于 此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20?30V。因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。因此使用中要注意以下几点： 1. 在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先ffl 1 iUBT的需戰电曙

IGBT原理

IGBT原理 什么是 IGBT IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（ Subchannel region ）。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（ Drain injector ），它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。 IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。 IGBT 的工作特性包括静态和动态两类： 1 ．静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制，Ugs 越高， Id 越大。它与GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。在截止状态下的IGBT ，正向电压由J2 结承担，反向电压由J1结承担。如果无N+ 缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT 的某些应用范围。 IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内， Id 与Ugs呈线性关

交流斩波调压方法

电动机节能器的研制2008-7-18 12:59:00 1、引言 异步电动机作为最重要的动力装置，在当今工业生产和日常生活中得到了广泛的应用，是电能的主要消耗者。单就我国而论，异步电机广泛应用于各类电力拖动系统中，耗用电能约占全国耗电总量的50%以上。电动机一般都是按照最大负载下能正常工作为条件来选择的，但在实际使用中，电机却经常是在中载、轻载，甚至在空载状态下运行。因此，电动机的负载率低，其效率和功率因数较低，造成很大的电能浪费，所以研究异步电动机起动降耗及节能经济运行具有重要的现实意义[1?3]。 2、节能原理 众所周知，三相移相触发器在额定负载的情况下工作效率最高，而在轻载或空载状态下的工作效率是非常低的。这是因为电动机要连续工作，必须消耗一定的能量以提供磁场。当供给电动机的端电压恒定时，产生磁场也保持恒定。在额定转速下，磁场消耗的能量保持恒定，与负载所需的转矩无关，支持负载转矩的能量大小取决于电磁转矩的大小。当负载转矩增加，转子的转速会稍微下降(转差率增大)，使得感应的转子电流上升以增加电磁转矩。相反，如果需要的负载转矩减少，转子电流下降定子电流也相应下降。但在端电压恒定的情况下，定子提供磁场的电流在任何负载转矩条件下将保持恒定。结果是感应电动机的效率随负载的减少而降低。因此，改变电机的工作电压，提高轻/空载的工作效率。使加在电动机上的电压大小跟随负载变化，负载轻时电压也低，这样降低了电动机的有功功率、无功功率及其损耗达到节能的目的。 目前的电动机轻载调压节能控制，较多采用以功率因数角为控制量，针对实际负载率相应调节定子电压，使电动机保持较高的功率因数，同时兼顾效率。但在实用上存在功率因数角难以准确测量的缺点，而且在不同的负载率下并不一定取得充分的节能效果。而我们采用易于实现的负载电流控制法[2]，即在近似条件下，只要使电机定子电压随定子电流按一定比例变化就能保持电动机高效运行，故以电动机的定子电压与定子电流的比值作为控制目标，当电机负载变化时，通过改变电动机定子电压，维持定子电压与定子电流的比值不变，实现电机的节能运行。 3、硬件设计 系统主要由PIC16F873微控制器[4]、键盘与显示模块[5]、电流和电压检测模块和单相交流调压模块，下面主要介绍交流调压模块。 3.1 交流斩波调压原理[6] 交流调压有两种方式：相控调压和斩控调压。但是相控整流技术具有许多不可克服的缺陷，如受触发角影响的低功率因数、慢的动态响应速度、输出低次谐波丰富以及严重的电网谐波电流污染等。而交流斩波控制调压技术具有仅取决于负载的功率因数、快的动态响应速度、宽的线性调压范围以及输人输出易于滤波高度正弦化等优点。目前在中小功率的交流调压领域获得广泛应用。 交流斩波调压方式不象传统的相控调压方式，在电源电压的一个周期内把正弦波砍去几块，而是使用开关元件将正弦波斩成许多小块，当采用定频调宽斩波方式时，其斩波过程如图1所示。此时用占空比D＝τ/T来控制输出电压的大小。当斩波频率fs选定时，斩波周期TS为定值，输出电压的大小取决于占空比D的大小。当D=O时，开关元件完全关断，输出电压为零；当D=1时，开关元件完全开通，输出全电压。交流斩波调压的输出： 其中，交流斩波调压的输入为，调制比N=fs/f。