变频技术概述.ppt

2）IGBT承受短路的时间 直通短路 桥臂短路 输出短路 输出短路时，由于输出线的长度和短路位置的不同，短路电流通路的配线电感也不同，所以短路电流上升率（di/dt）不定。若用双结晶体管，配线电感低时，双结晶体管集电极电流初始值大，承受短路时间短。在使用IGBT时，由于没有这种对配线电感的依赖性，承受短路的时间不变。至使元件损坏的时间相当于模拟直通短路的四倍。 对地短路 * 如果电源电压相同，直通短路与对地短路承受短路的时间大致相同。 3）保护回路实例 * 小结 ①过压保护：设计缓冲器最佳方案，把动态轨迹限制在RBSOA之内。 ②过流保护：短路时的过流保护按模拟直通短路的条件进行参数设定，从而在元件尚未损坏之前的短路时间将其关断，以实现对元件的保护。因为这时要把动态轨迹限制在RBSOA区域之内，所以使用软关断是比较合理的。 2.6 集成门极换流晶闸管IGCT 2.6.1 IGCT的结构特点 IGCT内部由成千个GCT（门极换流晶闸管）组成，阳极和门极共用，而阴极并联在一起。与GTO的重要差别是GCT阳极内侧多了缓冲层，以透明（可穿透）阳极代替GTO的短路阳极。其导通机理与GTO一样，但关断机理与GTO完全不同。在GCT的关断过程中，IGCT能瞬间从导通转到阻断状态，变成一个PNP晶体管以后再关断，所以，它无外加du／dt限制；而GTO必须经过一个既非导通又非关断的中间不稳定状态进行转换，即“GTO区”，所以GTO需要很大的吸收电路来抑制重加电压的变化率du／dt。阻断状态下GCT的等效电路可认为是一个基极开路、低增益PNP晶体管与门极电源的串联。IGCT可像IGBT无缓冲运行，无二次击穿，拖尾电流虽大但时间很短。 GTO 结构剖面 GTC结构剖面 图2-82 GTO 、GTC结构剖面 2.6.2 IGCT的关键技术 （1）缓冲层 （2）透明阳极 （3）逆导技术 在传统GTO、二极管及IGBT等器件中，采用缓冲层形成穿通型（PT）结构，与非穿通型（NPT）结构相比，它在相同的阻断电压下可使器件的厚度降低约30%。同理，在IGCT中采用缓冲层，即用较薄的硅片可达到相同的阻断电压，因而提高了器件的效率，降低了通态压降和开关损耗。同时，采用缓冲层还使单片GCT与二极管的组合成为可能。 为了实现低的关断损耗，需要对阳极晶体管的增益加以限制，因而要求阳极的厚度要薄，浓度要低。透明阳极是一个很薄的PN结，其发射效率与电流有关。因为电子穿透该阳极时就像阳极被短路一样，因此称为透明阳极。传统的GTO采用阳极短路结构来达到相同目的。采用透明阳极来代替阳极短路，可使GCT的触发电流比传统无缓冲层的GTO降低一个数量级。GCT的结构与IGBT相比，因不含MOS结构而从根本上得以简化。 GCT大多制成逆导型，它可与优化续流二极管FWD单片集成在同一芯片上。由于二极管和GCT享有同一个阻断结，GCT的P基区与二极管的阳极相连，这样在GCT门极和二极管阳极间形成电阻性通道。逆导GCT与二极管隔离区中因为有PNP结构，其中总有一个PN结反偏，从而阻断了GCT与二极管阳极间的电流流通。 （4）极驱动技术 IGCT触发功率小，可以把触发及状态监视电路和IGCT管芯做成一个整体，通过两根光纤输入触发信号，输出工作状态信号。GCT与门极驱动器相距很近，该门极驱动器可以容易地装人不同的装置中，因此可认为该结构是一种通用形式。为了使IGCT的结构更加紧凑和坚固，用门极驱动电路包围GCT，并与GCT和冷却装置形成一个自然整体，称为环绕型IGCT，其中包括GCT门极驱动电路所需的全部元件。有两种类型的IGCT。这两种形式都可使门极电路的电感进一步减小，并降低了门极驱动电路的元件数、热耗散、电应力和内部热应力，从而明显降低了门极驱动电路的成本和失效率。所以说，IGCT在实现最低成本和功耗的前提下有最佳的性能。另外，IGCT开关过程一致性好，可以方便地实现串、并联，进一步扩大功率范围。 图2-83两种类型的IGCT图 * 2.6.3 IGCT在变频器中的应用 低压IGBT和高压IGBT在高电压变频器中都采用。IGBT具有快速的开关性能，但在高压变频中其导电损耗大，而且需要许多IGBT复杂地串联在一起。对低压IGBT来讲，高压IGBT串联的数量相对要少一些，但导电损耗却更高。元件总体数量增加使变频器可靠性降低、柜体尺寸增大、成本提高。因此高压、大电流变频调速器在IGBT和GTO成熟技术的基础上，有了简洁的方案即IGCT。这个优化的技术包含了对GTO的重新设计，使其具有重要的设计突破。新的I