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IGBT及其功率模块以及IEGT

自1985年绝缘门极双极型晶体管(IGBT)进入实际应用以来,IGBT已经成为主流电力电子器件,在10-100kHz的中压、中电流应用范围占有十分重要的地位。IGBT及其模块(包括IPMs)已经涵盖了600 V - 6.6 kV的电压和(1-3500)A的电流范围,应用IGBT模块的100 MW级的逆变器也已有商品问世。文章来源:http://www.igbt8.com/jc/274.html
IGBT是一种电压全控器件,它的开通和关断可以通过门极驱动实现。IGBT相对比较容易驱动并具有低的门极驱动功率,IGBT变流器具有较高的功率密度和较低的成本。
IGBT常常封装成功率模块形式。一个IGBT功率模块内实际包含很多的IGBT芯片,例如,一个比较典型的3300V / 1200A IGBT模块中就具有60块IGBT裸芯片和超过450根连线。这些并联的IGBT裸芯片固定在同一块陶瓷衬底上以保证良好的绝缘和导热,这类模块可以非常容易地安装在散热器上。
但是,这种封装结构限制了IGBT模块只能采取单面冷却,这增加了在大电流条件下造成器件损坏的可能性。由此,进一步发展了陶瓷封装的双面散热IGBT模块,这样可以为中压大功率应用中提供与圆盘形密封、双面压接的晶闸管和GTO一样的可靠性。
虽然高功率的IGBT模块具有一些优良的特性,例如:能实现di/dt 和dv/dt 的有源控制、有源箝位、易于实现短路电流保护和有源保护等,但是高的导通损耗、低的硅有效面积利用率、损坏后会造成开路等缺点局限了高功率IGBT模块在高功率变流器中的实际应用。
在过去二十几年间,基于功率MOSFET 、IGBT和智能功率模块的迅速发展,电力电子装置的功率密度也随着得到了显著的提高。图5是中功率电力电子装置功率密度逐年提高的示意图。
中功率电力电子装置功率密度的提高
图 5 中功率电力电子装置功率密度的提高
另外,日本东芝公司推出了一种新的加强型IGBT(也叫IEGT),它在关断损耗和导通电压上均取得了很好的折衷,可望成为中功率应用场合的优选电力电子器件。
2.4 电子注入增强栅晶体管IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)
IEGT 兼有IGBT 和GTO 两者的某些优点: 低的饱和压降,宽的安全工作区(吸收回路容量仅为GTO 的1/10 左右),低的栅极驱动功率(比GTO 低2 个数量级),和较高的工作频率, 由于该器件采用了平板压接式电极引出结构,可望有较高的可靠性和良好的散热效果。目前在母线直流电压超过3 kV 的应用场合,IGCT 是大功率变流器的首选器件,而在母线电压不超过3kV 的应用中,IGBT、IEGT 模块将具有优势,特别是IGBT 在短路限流制能力对于硬开关变流器具有很大的吸引力。虽然6.6kV 的IGBT 模块已经问世,但是其高昂的价格,要完全取代高功率GTO 和IGCT 还尚需时日。

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