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变频器IGBT模块的静态测量

变频器IGBT模块的静态测量

时间:2022-01-11 18:38:11   来源:网络整理

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT结构

左边所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构, N+区称为源区,附于其上的电极称为源极(即发射极E)。N基极称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极(即门极G)。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区(包括P+和P-区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannel region)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Drain injector),它是IGBT特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极(即集电极C)。

IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消除沟道,切断基极电流,使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同,只需控制输入极N-沟道MOSFET,所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后,从P+基极注入到N-层的空穴(少子),对N-层进行电导调制,减小N-层的电阻,使IGBT在高电压时,也具有低的通态电压。

IGB模块原理电路分析

IGBT模块有三个端子,分别是G,D,S,在G和S两端加上电压后,内部的电子发生转移(半导体材料的特点,这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因),本来是正离子和负离子一一对应,半导体材料呈中性,但是加上电压后,电子在电压的作用下,累积到一边,形成了一层导电沟道,因为电子是可以导电的,变成了导体。如果撤掉加在GS两端的电压,这层导电的沟道就消失了,就不可以导电了,变成了绝缘体。

若在IGB模块T的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。

由此可见,IGBT模块在依照我们国内的技术也可能没有达到市场的一般,我国的IGBT模块依然是依赖进口满足市场。

变频器IGBT模块的静态测量

变频器所用IGBT模块为七单元一体化模块(型号为FP15R12KE3G),即三单元整流、三单元逆变和一单元制动。自带模块温度自检单元。用万用表的二极管档测量。

1、整流桥的静态测量

三相桥式整流电气原理图见图,测量方法同普通二极管,详见第二章第二节相关内容。整流单元测量参考数据见表1.1。

1.1.2三相桥式整流和IGBT电气原理图

2、逆变续流二极管的静态测量

逆变单元电气原理图见图1.1.2,测量方法同普通二极管。一般情况下,可通过测量IGBT的续流二极管判断其损坏情况,数据参考表1.1.3。

3、制动单元的静态测量

制动单元原理图见图1.1.3。

图中BRK为制动触发端。根据使用环境,用户可在端子P和PB之间接制动电阻,电阻规格的选取参考KVFC+系列变频器用户手册,此处不再赘述。

图1.1.3 制动单元电气原理图

表1.1 七单元IGBT测量参考值

快速测量模块小技巧:放在P端子上的表笔不动,另一表笔分别测量R、S、T、PB、U、V、W、N,再对照上表中的参考数值,判断其正常与否。实际测量的数值在与表中的范围或差距别不大即算正常。见图1.1.4。

图1.1.4IGBT测量过程及结果

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