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斩波是电力 HYPERLINK \t _blank 电子控制中的一项变流技术,其实质是直流控制的脉宽调制,因其波形如同斩切般整齐、对称,故名斩波。斩波在内馈调速控制中占有极为重要的地位,它不仅关系到调速的技术性能,而且直接影响设备的运行安全和可靠性,因此。如何选择斩波电路和斩波器件十分重要。
HYPERLINK /icstock/124/IGBT.html \t _blank IGBT是近代新发展起来的全控型功率半导体器件,它是由 HYPERLINK /icstock/283/MOSFET.html \t _blank MOSFET(场效应 HYPERLINK /product/searchfile/552.html \t _blank 晶体管)与GTR(大功率 HYPERLINK /product/searchfile/1151.html \t _blank 达林顿晶体管)结合,并由前者担任驱动,因此具有:驱动功率小,通态压降低, HYPERLINK /product/file411.html \t _blank 开关速度快等优点,目前已广泛应用于 HYPERLINK /product/searchfile/181.html \t _blank 变频调速、 HYPERLINK /product/searchfile/1821.html \t _blank 开关电源等电力电子领域。
就全控性能而言, HYPERLINK /product/searchfile/8234.html \t _blank IGBT是最适合斩波应用的器件,而且技术极为简单,几乎IGBT器件本身就构成了斩波电路。但是要把IGBT斩波形成产品,问题就没有那么简单,特别是大功率斩波,如果不面对现实,认真研究、发现和解决存在的问题,必将事与愿违,斩波设备的可靠性将遭受严重的破坏。不知道是出于技术认识问题还是商务目的,近来发现,某些企业对IGBT晶体管倍加推崇,而对 HYPERLINK /product/searchfile/595.html \t _blank 晶闸管全面否定,显然,这是不科学的。为了尊重科学和澄清事实,本文就晶闸管和以IGBT为代表的晶体管的性能、特点加以分析和对比,希望能够并引起讨论,还科学以本来面目。
一. IGBT的标称电流与过流能力
1) IGBT的额定电流
目前,IGBT的额定电流(元件标称的电流)是以器件的最大直流电流标称的,元件实际允许通过的电流受安全工作区的限制而减小,由图1所示的IGBT安全工作区可见,影响通过电流的因素除了c-e电压之外,还有工作频率,频率越低,导通时间越长,元件发热越严重,导通电流越小。
图1 IGBT的安全工作区
显然,为了安全,不可能让元件工作在最大电流状态,必须降低电流使用,因此,IGBT上述的电流标称,实际上降低了元件的电流定额,形成标称虚高,而能力不足。根据图1 的特性,当IGBT导通时间较长时(例如100us),UCE电压将降低标称值的1/2左右;如果保持UCE不变,元件的最大集电极电流将降低额定值的2/3。因此,按照晶闸管的电流标称标准,IGBT的标称电流实际仅为同等晶闸管的1/3左右。例如,标称为 HYPERLINK /stock-ic/300A.html \t _blank 300A的IGBT只相当于 HYPERLINK /icstock/103/100A.html \t _blank 100A的SCR(晶闸管)。又如,直流工作电流为 HYPERLINK /stock-ic/500A.html \t _blank 500A的斩波电路,如果选择晶闸管,当按:
式中的Ki为电流裕度系数,取Ki=2,实际可以选择630A标称的晶闸管。
如果选择IGBT,则为:
应该选择 HYPERLINK /stock-ic/3000A.html \t _blank 3000A的IGBT元件。
IGBT这种沿袭普通晶体管的电流标称准则,在功率开关应用中是否合理,十分值得探讨。但无论结果如何,IGBT的标称电流在应用时必须大打折扣是不争的事实。
1) IGBT的过流能力
半导体元件的过流能力通常用允许的峰值电流IM来衡量,IGBT目前还没有国际通用的标准,按德国EUPEC、日本三菱等公司的产品参数,IGBT的峰值电流定为最大集电极电流(标称电流)的2倍,有
例如,标称电流为300A元件的峰值电流为 HYPERLINK /stock-ic/600A.html \t _blank 600A;而标称 HYPERLINK /stock-ic/800A.html \t _blank 800A元件的峰值电流为1600A。
对比晶闸管,按国标,峰值电流为
峰值电
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