IGBT在电子测量逆变器中的应用：结构优化与保护电路

电子测量中的IGBT在逆变器中的应用与保护电路是一项关键技术，尤其是在大功率电力转换领域。IGBT，全称绝缘栅双极晶体管，是20世纪80年代初发展起来的一种创新电子元件，它结合了大功率双极型晶体管GTR（Giant Transistor）的高效率和MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）的低导通损耗特性。这种集成化器件的优势在于，它的输入阻抗高，导通时的电压降较低，使得它在逆变器中表现出优异的性能。 IGBT的基本结构如图1所示，采用N沟道增强型垂直设计，内部采用沟槽结构，这有助于减少通态压降并提升其工作频率范围。通过NFT（Non-Floating Top）技术，IGBT能够实现大功率处理，确保其在高压环境下稳定运行。IGBT的工作原理是利用MOSFET作为输入部分，形成电压型驱动模式，而GTR则作为输出部分，提供低导通电压和大的容量。IGBT的导通与关断状态由栅极与发射极之间的电压（UCE）控制，这是其智能化操作的关键。 在实际应用中，IGBT和IPM（Intelligent Power Module，智能功率模块）是现代逆变器的核心组件。IPM整合了IGBT的基本单元、驱动电路、保护电路和部分接口，将功率电路与控制功能集成在一起，提高了系统的效率和可靠性。例如，在35kW等级的DC600V逆变器中，通常会采用1200V/300A的IGBT模块，这些模块可以是单个或双个单元，通过串联或并联的方式构建逆变器的主电路。 轨道车辆，尤其是高铁和城市轨道交通，广泛采用IGBT模块构建牵引变流器和辅助电源系统的恒压恒频（CVCF）逆变器。这些变流器对于列车的电力供应至关重要，需要适应不同的电网电压，如德国针对不同的铁路网络电压，开发了专用于750V和1500V电网的IGBT模块。 IGBT在电子测量中的逆变器中扮演着关键角色，不仅因其高效能和低损耗，还因其在复杂电力系统中的灵活性和智能化。保护电路的设计也是至关重要的，它确保了IGBT的安全运行，防止过载、短路和其他可能对设备造成损害的情况。随着科技的进步，IGBT的集成度和性能将进一步提升，为电力电子系统的发展带来更多可能性。