新能源第三章技术总结.ppt

本章要求: 1.了解IGBT模块的含义； 2.了解IPM功率模块的含义； 3.了解IGBT的栅极隔离功能 4.熟悉IGBT失效原因； 5.了解IPM保护电路； 6.熟悉IGBT的使用和检修 第三章 IGBT模块和IPM功率模块 第一节 IGBT和IPM功率模块简介 电力晶体管通常用GTR表示, GTR是巨型晶体管Giant Transitor的缩写, POWER MOSFET是电力场效应晶体管的缩写, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是绝缘栅极双极型晶体管的缩写,PIC(Power Integrated Circuit)是功率集成电路的缩写,IPM(Intelligent Power Modules)是智能功率模块的缩写。如下图所示为电力电子部件的应用。 电力电子部件的应用 一、IGBT模块的结构和工作原理 IGBT结构，如下图所示， GTR是N+、P、N-、N+四层半导体组成，无SiO2绝缘层MOSFET是N+、P、N-、N+四层半导体组成，但有SiO2绝缘层，IGBT是N+、P、N-、N+、P+ 五层半导体组成，有SiO2绝缘层，图中黑色箭头代表正电子，白箭头代表负电子，仅有电子流动的为单极性管，有正负电子流动的为双极性管。 电力电子元件结构 二、IPM智能功率模块封装和符号 如图所示为IPM内部构造，IPM智能功率模块采用多层环氧树脂工艺，小功率IPM采用一种基于多层环氧树脂黏合的绝缘技术，铜箔直接铸接工艺，中大功率采用陶瓷绝缘结构。 IPM常用封装形式ａ)一单元IPM符号 ｂ)两单元IPM符号 ｃ)六单元IPM符号 第二节 栅极隔离和栅极驱动 一、IGBT的栅极隔离 如下图所示为分立元件的IGBT驱动板实物，IGBT的驱动电路必须具备2个功能: (１)实现控制电路(低压部分)与IGBT栅极(集电极和栅极击穿，栅极可能成为高压部分)的电隔离； (２)提供合适的栅极驱动脉冲电压值使集电极和发射极充分导通和截止，因此要有开关变压器降压。 分立元件的IGBT驱动板 IGBT栅极的电隔离如图所示，DSP微控制器电路通过反向器或三极管驱动控制发光二极管从而控制光电管的反向导通和截止，向IGBT栅极驱动电路提供控制电。 二、栅极驱动 如图所示为分立元器件构成的IGBT驱动电路，当光耦输入VG控制信号时,Q1导通，晶体管Q2截止，Q1导通输出+15V驱动电压,当输入控制信号为零时，Q1截，Q2导通，输出-10V电压。 三、IPM的栅极隔离 如图所示为IPM模块典型栅极隔离电路，在IPM 模块外围要有相应的电子元件才能保证正确工作。 如图所示为IPM的电机驱动电路。 第三节 IGBT和IPM保护电路 一、ＩＧＢＴ 失效原因分析 １. 过热损坏。 ２. 超出关断安全工作区引起擎住效应而损坏 ３. 瞬态过电流 ４. 过电压 二、IGBT保护方法 通常采取的保护措施有软关断和降栅压两种，在逆变电源的负载过大或输出短路的情况下，通过逆变桥输入直流母线上的电流传感器进行检测，如图所示为电流传感法短路保护。 三、IPM的保护方法 如下图所示为IPM内部工作原理图, 如果IPM其中有一种保护电路工作,IGBT就关断并输出一个故障信号FO。 １. 控制电源欠压锁定(UV) ２. 过热保护(OT) ３. 过流保护(OC) ４. 短路保护(SC) 两单元IPM内部功能图 　第四节　IGBT的使用和检修 一、使用中的注意事项 1.在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后再触摸。 2.在配线未接好之前请先不要接上模块，尽量在底板良好接地的情况下操作。 3.采用双绞线来传送驱动信号，以减少寄生电感。 4.在栅极连线中串联小电阻可以抑制振荡电压。 二、IGBT管极性测量 判断极性首先将万用表拨在Ｒ ×１ｋ 挡，用万用表测量时，若某一极与其他两极阻值为无穷大，调换表笔后该极与其他两极的阻值仍为无穷大，则判断此极为栅极(Ｇ)， 其余两极再用万用表测量，若测得阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小， 在测量阻值较小的一次中，则判断红表笔接的为集电极(Ｃ)，黑表笔接的为发射极(Ｅ)。 三、如何检测判断IGBT管的好坏 1.可用指针万用表的R×1k 挡来检测，或用数字万用表的“二极管”挡来测量PN 结正向压降进行判断。 2.用指针万用表的两枝表笔正反测G、