IGBT如何选型 IGBT的应用

Release time：2023-05-30
author：Ameya360
source：网络
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     IGBT如何选型

　　(1)IGBT额定电压的选择三相380V输入电压经过整流和滤波后，直流母线电压的最大值：在开关工作的条件下，IGBT的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍，根据IGBT规格的电压等级，选择1200V电压等级的IGBT。

IGBT如何选型 IGBT的应用

　　(2)IGBT额定电流的选择以30kW变频器为例，负载电流约为79A，由于负载电气启动或加速时，电流过载，一般要求1分钟的时间内，承受1.5倍的过流，择最大负载电流约为119A ，建议选择150A电流等级的IGBT。

　　(3)IGBT开关参数的选择变频器的开关频率一般小于10kHZ，而在实际工作的过程中，IGBT的通态损耗所占比重比较大，建议选择低通态型IGBT。

　　(4)影响IGBT可靠性因素(1)栅电压IGBT工作时，必须有正向栅电压，常用的栅驱动电压值为15～187，最高用到20V， 而棚电压与栅极电阻Rg有很大关系，在设计IGBT驱动电路时， 参考IGBT Datasheet中的额定Rg值，设计合适驱动参数，保证合理正向栅电压。因为IGBT的工作状态与正向棚电压有很大关系，正向栅电压越高，开通损耗越小，正向压降也咯小。

　　在桥式电路和大功率应用情况下，为了避免干扰，在IGBT关断时，栅极加负电压，一般在-5- 15V，保证IGBT的关断，避免Miller效应影响。

　　(2)Miller效应为了降低Miller效应的影响，在IGBT栅驱动电路中采用改进措施：(1)开通和关断采用不同栅电阻Rg,ON和Rg,off，确保IGBT的有效开通和关断;(2)栅源间加电容c，对Miller效应产生的电压进行能量泄放;(3)关断时加负栅压。在实际设计中，采用三者合理组合，对改进Mille r效应的效果更佳。

　　IGBT的应用

　　(IGBT最主要的作用就是高压直流转交流，以及变频)

　　1、新能源汽车

　　IGBT是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件，在电动汽车中发挥着至关重要的作用，主要作用于电动车汽车的充电桩、电动控制系统以及车载空调控制系统。

　　(1)电动控制系统

　　作用于大功率直流/交流(DC/AC)逆变后汽车电机的驱动;

　　(2)车载空调控制系统

　　作用于小功率直流/交流(DC/AC)的逆变;

　　(3)充电桩

　　智能充电桩中被作为开关元件使用;

　　2、智能电网

　　智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端均需使用IGBT。

　　(1)发电端

　　风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需使用IGBT。

　　(2)输电端

　　特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需大量使用IGBT。

　　(3)变电端

　　IGBT是电力电子变压器的关键器件。

　　(4)用电端

　　家用白电、 微波炉、LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。

　　3、轨道交通

　　众所周知，交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一，在交流传动系统中牵引变流器是关键部件，而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一，可以说该器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。

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硅IGBT与碳化硅MOSFET的优缺点
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硅IGBT与碳化硅MOSFET的优缺点

　　随着电力电子技术的不断发展，硅IGBT和碳化硅MOSFET作为主要功率开关器件，在电力变换、驱动等领域都扮演着重要角色。两者在性能、功耗、效率等方面有着不同特点，本文将探讨硅IGBT和碳化硅MOSFET的特性，并对它们的优缺点进行详细对比分析。　　1. 硅IGBT的优缺点　　优点：　　低导通压降：硅IGBT具有较低的导通压降，能够减少功耗和散热需求。　　稳定性强：在高温、高电压条件下仍能保持稳定工作。　　成熟技术：已经经过长期发展和改进，技术相对成熟，生产工艺稳定。　　缺点：　　开关速度慢：IGBT的开关速度较慢，导致在高频应用中性能受限。　　功耗较高：由于导通压降存在，会产生一定的功耗损耗。　　温升较高：在高负载情况下容易产生较高的温度升高，需要额外散热处理。　　2. 碳化硅MOSFET的优缺点　　优点：　　高开关速度：碳化硅MOSFET具有极快的开关速度，适合高频应用。　　低导通损耗：由于导通特性优秀，功耗损耗较低。　　低温升：在高负载情况下温升较低，对散热要求不高。　　缺点：　　价格较高：碳化硅器件相对硅IGBT价格较高，成本较大。　　新技术：相对硅IGBT，碳化硅器件的生产工艺和技术较新，仍在不断完善中。　　抗干扰能力差：对于电磁干扰的抵抗能力相对较弱。　　3. 对比分析　　性能比较：　　开关速度：碳化硅MOSFET具有更快的开关速度，适合高频应用;而硅IGBT则速度较慢。　　功耗：在功耗方面，碳化硅MOSFET表现较优，而硅IGBT存在一定的功耗损失。　　稳定性：硅IGBT在高温高压条件下的稳定性较好，而碳化硅MOSFET则更适合高频、高效率应用。　　成本和可靠性：　　成本：硅IGBT的成本相对较低，技术相对成熟，生产规模大;而碳化硅MOSFET的价格较高，因为生产工艺和材料技术要求较高。　　可靠性：硅IGBT在长期应用中表现出稳定的可靠性，且故障率较低;碳化硅MOSFET作为新技术，其长期稳定性尚待进一步验证。　　应用领域：　　硅IGBT：电力电子、工业变频器、风力发电等领域，对稳定性和成本要求较高。　　碳化硅MOSFET：高频变换器、电动汽车驱动系统、太阳能逆变器等需要高效率、高频率开关的领域。
2025-06-06 11:31 reading：200
IGBT的工作原理、作用和功能有哪些
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IGBT的工作原理、作用和功能有哪些

　　IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种高性能、高速度的功率半导体器件，是MOSFET和普通双极晶体管的集成体。IGBT融合了MOSFET的驱动特性和双极晶体管的低导通压降等优点，具有高效、低损耗和大电流承载能力等特点。IGBT广泛应用于各种电力电子设备中，如变频器、交流调速电机、UPS电源等。　　1. IGBT的工作原理　　IGBT的结构复杂，但其工作原理却比较简单。IGBT由PNP型双极晶体管和N型金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET组成，并在两者之间加入了隔离层，以实现双极晶体管和MOSFET的有机结合。IGBT的主要工作原理如下：　　当IGBT的栅极施加正向电压时，会形成一个N型导通区，从而允许集电极和发射极之间的电流通过。　　反之，当栅极施加反向电压时，则不允许电流通过。　　在IGBT的工作过程中，当控制信号施加到栅极时，将会引起PNP晶体管的导通。在这种情况下，集电极和发射极之间的电流可通过，在控制信号撤回后，IGBT会自动关闭，此时不会通过任何电流。　　2. IGBT的作用和功能　　IGBT拥有多种特性，其主要作用和功能如下：　　(1) 控制电流　　IGBT具有单向导通特性，可控制电路的开关状态。当IGBT的栅极施加正向电压时，允许电流通过;反之，则不允许电流通过。这使得IGBT可以很好地控制电流大小和方向。　　(2) 降低功率损耗　　由于IGBT的导通电阻比双极晶体管低，开关速度又比MOSFET快，因此，IGBT具有较低的导通损耗和开关损耗。这使得IGBT成为高效、低损耗的功率半导体器件。　　(3) 承载大电流　　IGBT的承载电流能力较强，可达300A以上。同时，IGBT具有良好的热稳定性和抗击穿能力，可以在高温和高电压环境下工作，保证设备的安全运行。　　(4) 广泛应用　　IGBT广泛应用于各种电力电子设备中，如变频器、交流调速电机、UPS电源等。其稳定性和高效性的特点被广泛认可，并得到了市场的追捧。　　IGBT是一种重要的功率半导体器件，具有控制电流、降低功率损耗、承载大电流等多种特点。其广泛应用于各种电力电子设备中，为产业的发展和进步做出了重要贡献。
2024-11-11 17:38 reading：873
IGBT的工作原理 IGBT的作用和功能
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IGBT的工作原理 IGBT的作用和功能

　　IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种高性能、高速度的功率半导体器件，是MOSFET和普通双极晶体管的集成体。IGBT融合了MOSFET的驱动特性和双极晶体管的低导通压降等优点，具有高效、低损耗和大电流承载能力等特点。IGBT广泛应用于各种电力电子设备中，如变频器、交流调速电机、UPS电源等。　　1. IGBT的工作原理　　IGBT的结构复杂，但其工作原理却比较简单。IGBT由PNP型双极晶体管和N型金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET组成，并在两者之间加入了隔离层，以实现双极晶体管和MOSFET的有机结合。IGBT的主要工作原理如下：　　当IGBT的栅极施加正向电压时，会形成一个N型导通区，从而允许集电极和发射极之间的电流通过。　　反之，当栅极施加反向电压时，则不允许电流通过。　　在IGBT的工作过程中，当控制信号施加到栅极时，将会引起PNP晶体管的导通。在这种情况下，集电极和发射极之间的电流可通过，在控制信号撤回后，IGBT会自动关闭，此时不会通过任何电流。　　2. IGBT的作用和功能　　IGBT拥有多种特性，其主要作用和功能如下：　　(1) 控制电流　　IGBT具有单向导通特性，可控制电路的开关状态。当IGBT的栅极施加正向电压时，允许电流通过;反之，则不允许电流通过。这使得IGBT可以很好地控制电流大小和方向。　　(2) 降低功率损耗　　由于IGBT的导通电阻比双极晶体管低，开关速度又比MOSFET快，因此，IGBT具有较低的导通损耗和开关损耗。这使得IGBT成为高效、低损耗的功率半导体器件。　　(3) 承载大电流　　IGBT的承载电流能力较强，可达300A以上。同时，IGBT具有良好的热稳定性和抗击穿能力，可以在高温和高电压环境下工作，保证设备的安全运行。　　(4) 广泛应用　　IGBT广泛应用于各种电力电子设备中，如变频器、交流调速电机、UPS电源等。其稳定性和高效性的特点被广泛认可，并得到了市场的追捧。　　IGBT是一种重要的功率半导体器件，具有控制电流、降低功率损耗、承载大电流等多种特点。其广泛应用于各种电力电子设备中，为产业的发展和进步做出了重要贡献。
2024-09-04 15:16 reading：1090
第7代IGBT正开始在储能领域大放异彩
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第7代IGBT正开始在储能领域大放异彩

　　在储能技术高速发展的今天，更强的发电与蓄电能力，更高的能源管理效率，更稳定的输送能力都是相关企业追求的方向，这就需要功能更强的IGBT来满足当前储能技术的高需求，而第七代IGBT的出现，正好契合当前储能的发展需要。　　第7代IGBT正加速发展　　IGBT的发展可以追溯至20世纪80年代，最初的IGBT采用了平面穿通(PT)，这种IGBT通过重掺杂的P+衬底开始，但是存在负温度系数、通态压降一致性差等问题，不利于并联使用。尽管如此，它开启了IGBT在电力电子领域的应用。       随着时间的推移，IGBT经历了多次迭代，从非穿通( NPT)结构到场截止( FS)结构的转变，栅极结构也从平面型转向沟槽型(Trench)。这些改进逐步提升了IGBT的性能，包括降低导通压降、缩短开关时间、提高断态电压等，这也是IGBT从第二代到第五代的变化。       到了第六代，IGBT进一步优化了沟槽结构和场截止技术，显著提高了电流密度和能效，降低了开关损耗，同时在高温工作表现上有了显著提升。       而在2018年前后，市场中开始推出的第七代IGBT，引入了微沟槽栅+场截止(Micro Pattern Trench)技术，这是IGBT技术的一次重大飞跃。第七代IGBT的特点包括更高的沟道密度、优化的元胞设计、更低的寄生电容，以及在极端开关速度(如5kV/μs)下仍能保持最佳性能。这使得IGBT7在降低静态损耗、提高开关速度、增强高温工作能力等方面达到新的高度，特别适合于高性能的电动汽车、可再生能源系统和高压直流输电等应用。       其中微沟槽技术能够改善载流子传输特性，从而在不牺牲开关速度的情况下降低静态损耗。这意味着在相同工作条件下，第七代IGBT能更高效地转换电能，减少发热。并且相比第六代IGBT，第七代的静态损耗降低了约30%，这对于提升系统能效和减少冷却需求至关重要。       此外，有数据显示，在相同封装体积下，第七代IGBT的电流输出能力增加了50%以上，这得益于更高的电流密度，使得设备小型化成为可能，或者在不改变体积的前提下提高系统的功率输出。       并且，第七代IGBT也满足了电子行业对更高效率、更小尺寸、更高功率密度和更低损耗的需求。第七代IGBT技术通过实现面积减小20%、芯片厚度从120微米减少到80微米、导通压降从1.7V降到1.4V，大幅提升了IGBT的性价比。       举个例子，在储能系统中使用第七代IGBT，可以设计出发电和蓄电能力更强的系统，提高能源管理效率，增强储存能力，从而更平稳地将太阳能电力并网到电网中。此外，通过第七代IGBT设计的模块还支持将多余的电力储存在储能系统中，有效缓解太阳能发电的间歇性问题，确保供电的可靠性和稳定性。　　七代IGBT赋能储能产业　　由于七代IGBT的优秀表现，已经有越来越多的企业将这款产品用在储能领域。比如近期上能电气采用了英飞凌IGBT7 EconoDUAL™3实现单机2MW储能变流器PCS，这是使用了英飞凌最新的EconoDUAL 3封装的750A 1200V模块，型号为FF750R12ME7_B11。       而EH-2000-HA-UD采用的FF750R12ME7，这是一款1200V/750A的IGBT模块，芯片采用的是英飞凌最新一代IGBT7技术。与英飞凌上一代IGBT4技术不同，IGBT7采用更加精细化的MPT微沟槽栅技术，沟道密度更高，芯片厚度更薄，元胞结构及间距也经过精心设计，并且优化了寄生电容参数，从而实现了最佳开关性能。       此外，在近期，安森美也发布了第七代1200V QDual3 IGBT功率模块。与其他同类产品相比，该模块的功率密度更高，且提供高10%的输出功率。       据安森美介绍，该800A QDual3模块基于新的场截止第七代(FS7)IGBT技术，应用于150KW的逆变器中时，QDual3模块的损耗比同类最接近的竞品少200W，从而缩减散热器尺寸，适合用于太阳能发电站中央逆变器、储能系统、商用农业车辆和工业电机驱动器等大功率变流器。       国内也有许多企业相继推出了七代IGBT，如斯达半导体，在2022年便推出了基于第七代微沟槽技术的新一代车规级IGBT芯片，产品型号包括650V/750V/1200V IGBT芯片，采用第七代微沟槽Trench Field Stop技术，可实现面积减小20%、芯片厚度从120微米减少到80微米、导通压降从1.7V降到1.4V。       此外如贝茵凯也在2023年末研发出了全系列第七代IGBT芯片，并成功实现大批量生产，成功突破国产化领域的技术壁垒。这款第七代IGBT产品在性能方面显著优于同类中采用传统制程的IGBT芯片，有效解决了导通损耗与开关损耗难以平衡的问题，具备低导通损耗与低开关损耗的双重优势，适用频率范围也得以拓宽，最高适用频率从15kHz-20kHz提升至30kHz-40kHz。       目前该产品已经通过多家行业领军企业的严格测试与认证，并已在电动汽车、风力发电、光伏逆变器及高端化学储能等领域实现小规模供应。       韦尔股份近期也新获得了一项实用新型专利授权，专利名为“一种新型沟槽IGBT结构”，该专利提供了一种新型沟槽IGBT结构，该结构通过减少栅极接触孔的方式，将对应的栅极沟槽中的多晶硅转变成第一发射极沟槽的多晶硅，从而减小栅极电容，使器件开通速度变快，降低开通损耗。而新型沟槽正是七代IGBT的显著特点。       此外如新洁能、振华科技、安建科技等都已经在第七代IGBT中有所建树，为中国乃至全球的新能源汽车、光伏储能、工业控制等领域提供了先进的功率半导体解决方案。　　小结　　在国际上，安森美等欧美日企业凭借其深厚的技术积累和资金实力，在第七代IGBT技术开发及商业化方面走在前列。而中国IGBT企业如斯达半导、新洁能等也在加速追赶，成功研发并推出了第七代IGBT产品，标志着国内企业在IGBT核心技术上的重大突破。尤其储能产业的快速发展，也为七代IGBT提供了巨大的应用市场，反过来七代IGBT也加速了储能市场的发展。
2024-08-05 09:24 reading：1115
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