IGBT功率器件工作中存在的问题和解决方法.pdf

IGBT功率器件工作中 存在的问题及解决方法 潘星．刘会金 (武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072) Gate 摘要：绝缘栅双极型晶体管IGBT(InsulatedBip01arTraIlsistor)因其开关速度快、工作频率高、 控制方便等优点得到广泛应用，但随着电力电子技术的高频、大功率化发展。开关工作时会造成较 高损耗和严重的电磁干扰。甚至元件本身也会因过压、过流问题造成损坏。从IGBT的内部结构特 点出发，讨论了IGBT工作中上述问题存在的原因，整理了目前国内外常用的一些处理措施。包括 软开关技术、吸收电路技术以及研制新的开关元件等。软开关通过控制电压、电流状态。使其在开 关过程中保持不变，抑制di／dt，dM／d￡；吸收电路是吸收开关过程中di／d￡，dM／d￡产生的多余能量， GateCommutated 然后反馈至其他地方。而采用新的开关元件集成门极换流晶闸管IGCT(Integrated ％vlistor)。从开关本身出发解决问题是个有潜力的方案。 关键词：IGBT；di／dz；软开关技术；吸收电路 386．2 中图分类号：rIN 文献标识码：A 文章编号：1006—6047(2004J09—0009—06 市场规范之间的矛盾日益突出。为解决以上问题， O引言 缓冲电路和软开关技术得到了广泛的研究．同时也 进一步研制开发新的开关器件，都取得了迅速的进 20世纪80年代问世的绝缘栅双极型晶体管 Gate 展。本文针对这方面进行了综述j IGBT(InsulatedBipolar’Ihnsistor)是一种新型 的电力电子器件，它综合了电力晶体管(GTR)和金 1 IGBT工作受到限制的原因 属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的优点，控 制方便、开关速度快、工作频率高、安全工作区大。 首先，讨论IGBT的内部结构特点。IGBT‘为4 随着电压、电流等级的不断提高，IGBT成为大功率层结构，体内存在一个寄生晶闸管，等效电路如图l 开关电源、逆变器等装置的理想功率开关器件，在电 所示。 力电子装置中得到非常广泛的应用。 在NPN管的基极 理论和实践都已证明．如果把SPWM逆变器的与发射极之间存在一个 开关频率提高到20kHz以上，逆变器的噪声会更小， 体区短路电阻R。，P型 体积会更小，重量会更轻，输出电压波形会更加正弦 体区的横向空穴流会产 GJ 化，可见，高频化是逆变技术发展方向[¨。但是，通常 生一定的压降，对L结 的SPWM逆变器中，开关器件在高电压下导通，在 而言相当于一个正偏置 大电流下关断，处于强迫开关过程。因此在高开关频 图1IGBT内部结构电路图 电压。在规定的珏范围 率下运行时将受到如下因素的限制： inner曲mcture 内，这个正偏置电压不 Fig．1’nle a．在开通和关断瞬间产生的电压和电流尖峰将 ofIGBT