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工业电源

IGBT作为主流的新型电力电子器件之一,它在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备,以及工业领域(高压大电流场合的交直流电转换和变频控制)等应用极广,是上述应用中的核心技术。据相关数据显示,中国IGBT市场一直被国际巨头垄断,九成的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。

IGBT也叫绝缘栅双极型晶体管,是由BJT和MOS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。

2018年IGBT市场份额分布图:

IGBT市场份额.png

一、IGBT在变频电源中的应用

变频电源是将市电中的交流电经过AC-DC-AC变换, 输出为纯净的正弦波,输出频率和电压 一定范围内可调。它有别于用于电机调速用的变频调速控制器,也有别于普通交流稳压电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波。变频电源十分接近于理想交流电源,先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源,以便为用电器提供最优良的供电环境,便于客观考核用电器的技术性能。IGBT是变频电源内部最核心的重要元器件之一,在内部起着重要的作用。

变频电源.png

IGBT在变频电源中所发挥的作用是将直流变为交流供电机使用, 与其它电力电子器件相比的话,IGBT具有非常高的可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点,开发高电压、大电流、频率高的高压IGBT并将其应用到变频电源中以获得不同频率的电流。

IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP 晶体管提供基极电流,使IGBT导通。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一沟道MOSFET ,所以具有高输入阻抗特性。

英飞凌IGBT模块应用于变频电源行业的型号:

No英飞凌型号主要参数电压/电流封装最高开关频率供电电压
1BSM100GB60DLC600V 100A 半桥34mm30kHzAC220V
2BSM150GB60DLC600V 150A 半桥34mm30kHzAC220V
3BSM200GB60DLC600V 200A 半桥34mm30kHzAC220V
4FF300R06KE3600V 300A 半桥62mm30kHzAC220V
5FF400R06KE3600V 400A 半桥62mm30kHzAC220V
6FF50R12RT41200V 50A 半桥34mm20kHzAC380V
7FF75R12RT41200V 75A 半桥34mm20kHzAC380V
8FF100R12RT41200V 100A 半桥34mm20kHzAC380V
9FF150R12RT41200V 150A 半桥34mm20kHzAC380V
10FF200R12KT41200V 200A 半桥62mm20kHzAC380V
11FF300R12KT41200V 300A 半桥62mm20kHzAC380V
12FF450R12KT41200V 450A 半桥62mm20kHzAC380V

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              34mm封装                                                          62mm封装

二、IGBT在逆变器中的应用

逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V,50Hz正弦波)的设备。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于光伏发电、电动汽车控制器、UPS、机车逆变器等。

工业上一般大量应用阻断电压1200v等级的IGBT器件,但对于城市轨道车辆用的600v和750v网压而言,这种电压等级的IGBT在城市网压下应用其阻断电压是不够的。为在这样网压制下使用,必须采用特殊电路:三电平拓扑、Boost电路等。针对城市轨道车辆所用的网压制式,开发了用于750v电网的1.7kv igbt和用于1500v电网的3.3kv的IGBT。

机车逆变器三电平拓扑结构:

三电平逆变器.jpg

光伏逆变器(PV inverter或solar inverter)可以将光伏(PV)太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电(AC)的逆变器,可以反馈回商用输电系统,或是供离网的电网使用。

光伏拓扑.jpg


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