IGBT在逆变器中的应用与保护电路解析

"IGBT在电力电子设备中有着广泛应用，特别是在逆变器设计中。它结合了MOSFET的高速特性和GTR的大电流能力，成为大功率转换的理想选择。N沟道增强型垂直式IGBT的结构利用沟槽技术降低通态压降，提高频率响应，并通过NFT技术提升功率处理能力。IGBT的驱动方式为电压控制，其导通和关断由栅极和发射极间的电压决定。在逆变器系统中，IGBT通常与驱动、保护和报警电路集成在一起，形成智能功率模块（IPM）。IPM将这些功能集成在一个封装内，提高了系统效率和可靠性。对于35kW等级的DC600V逆变器，可能使用1200V/300A的IGBT或IPM模块，通过3个双单元模块来构建一相逆变器。在轨道车辆的供电系统中，IGBT模块被广泛用于牵引变流器和辅助电源的CVCF逆变器，不同国家和地区根据电网电压开发了不同电压等级的IGBT模块，以满足具体需求。" IGBT，即绝缘栅双极晶体管，是一种结合了MOSFET和双极型晶体管优点的复合半导体元件。它的主要特点是具有高输入阻抗和低导通压降，这使得IGBT在大功率转换中表现出色。在逆变器应用中，IGBT的N沟道增强型结构通过沟槽技术和NFT（Nano Field Plate Technology）技术优化了性能，降低了通态电阻，提高了工作效率。这种结构使得IGBT能够快速开关，同时保持较低的损耗。 IGBT的工作原理是利用MOSFET作为输入部分，通过控制栅极和发射极之间的电压（UCE）来开启和关闭GTR输出部分。由于其电压控制特性，IGBT可以实现精细的电流控制，适合于需要精确控制的逆变器系统。智能功率模块（IPM）的出现进一步提升了IGBT的实用性，将驱动电路、保护电路和接口电路集成到一个模块中，降低了系统复杂性，增强了整体稳定性。 在实际应用中，例如35kW等级的直流600V逆变器，通常会选用1200V/300A的IGBT或IPM模块。每个逆变器相位可能由3个双单元模块组成，这样的设计可以提供所需的功率输出和冗余，确保系统的可靠运行。 在轨道交通领域，IGBT模块是牵引变流器和辅助电源系统的关键组件，能够实现恒压恒频供电，确保列车运行的稳定性和能源效率。不同国家和地区根据其电网电压标准，如750V或1500V，开发了不同电压等级的IGBT模块，以适应不同应用场景的需求。 IGBT因其独特的结构和性能，在电力电子设备，尤其是逆变器系统中扮演着至关重要的角色，而IPM的出现则进一步推动了IGBT技术的发展，使其在轨道交通和其他工业应用中得到广泛应用。