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IGBT的作用及应用!

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深圳逸盛通科技有限公司

时间 : 2018-12-21 20:24 浏览量 : 77

IGBT

IGBT(绝缘栅双极晶体管)绝缘栅双极晶体管是由BJT(双极晶体管)和MOS(绝缘栅场效应晶体管)组成的复合完全控制电压驱动功率半导体器件,其具有两个MOSFET。 GTR的高输入阻抗和低导通电压降的优点。 GTR饱和电压降低,载流密度大,但驱动电流大; MOSFET驱动功率小,开关速度快,但导通电压降大,且载流密度小。 IGBT结合了上述两种器件的优点,具有低驱动功率和降低的饱和电压。适用于直流电压为600V及以上的转换器系统,如交流电机、逆变器、开关电源、照明电路、牵引驱动和其他领域。

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IGBT的作用及应用!



在功能方面,IGBT是一种电路开关,用于几十到几百伏、几十到几百安的高压。(相比之下,手机和计算机电路板上的运行电压较低,传输信号是属于弱电的主要部分。)它可以被认为是晶体管,电压和电流太大。


家里的灯开关由按钮控制。IGBT不使用机械按钮。它是由计算机控制的。具体地说,IGBT的简化模型有三个接口,两个(集电极和发射极)连接到高压电路,和一个接收信号,称为栅极。给栅极一个高电平信号,开关(在集电极和发射极之间)就会接通;然后给一个低电平信号,开关就会断开。到栅极的信号是数字信号(即,仅处于高和低状态)。电压很低,属于弱电流。它可以通过相对简单的驱动电路连接到计算机。实际的“计算机”通常被称为DSP微处理器,它擅长处理数字信号,并且相对紧凑。


有许多种高压开关可以用数字信号控制。IGBT作为其中的一种,其特点是在电流和电压水平下具有最高的开关速度,每秒可以开关数万次。GTO以前也用于轨道交通列车,但其开关速度低,损耗高。现在它只能在最大电压和电流超过IGBT的耐久范围时才能使用。IGCT本质上也是GTO,但其结构已经优化。开关速度和最大电压电流在GTO和IGBT之间。大功率MOSFET速度快,但不能承受这么大的电压和电流,否则会烧坏。


这么快的转换有什么用?


一般的强电流只有50Hz的交流,变压器可以改变它的电压,但不能改变它的频率,不能把它变成直流。利用IGBT开关,可以设计一种电路。通过计算机控制IGBT,可将电源侧的交流电流转换为给定电压的直流电流,或将各种电力转换为负载使用所需频率的交流电流。这种电路叫做转换器。把交流电转换成直流的电路叫做整流器;把直流电转换成交流电的电路叫做逆变器;把直流电转换成直流电的电路叫做开关电源;把三相交流电转换成交流铜的电路。rrent称为矩阵变换器。


如何实现它?


需要谈谈PWM的概念,在这里我可能不是很清楚。你有没有见过家里的照明灯接触不良时闪烁得很快?闪光灯好像没亮吗?这是因为闪烁的灯点亮0.1秒,然后熄灭0.1秒。总共0.2秒,它只发出0.1秒的正常光,所以看起来很暗。强电本质上是电的传输,所以这个原理也可以使用。如果电器中的电流几乎不变,300V电压在第一个0.2秒内被连接,0V电压在第二个0.1秒内被连接,那么在接下来的0.3秒内它将等效于电器两端的200V电压。我们称这个300V的电压,只持续0.2秒,为一个脉冲。通过在0.3秒内改变脉冲所占的时间,可以实现此时的等效电压在0-300V内成为任意值,即所谓的脉宽调制(PWM)。电压从高到低的总变化时间越短,电压越接近等效电压。

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维基百科日语中的图表说明了通过PWM获得不同直流电压的方法。

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维基百科日语的一幅图片说明了通过PWM获得不同电压和频率的交流电的方法。


当然,您会问,为什么电器中的电流几乎不变,因为开关没有与电器直接串联。实际的转换器电路将稍微复杂一些,当开关断开时,另一个电路将自动激活,以确保电流是连续的。(还有反转电路,当开关断开时,电源是从电源到电器的,而当电源关闭时,电源不是从电源来的。)如果您没有学习过电容电感和二极管,您可以知道这就是这种情况。


简而言之,我现在有一个强电流,它的电压和频率由我控制。这种强电可以用来驱动高速电机。目前,交流电动机在高速铁路中得到广泛应用。结构简单,省电,但速度难以调节。幸运的是,其速度与输入交流电源的频率密切相关,因此可以使用IGBT变换器产生强电压和控制频率以灵活控制电机的速度。反映在高速铁路上,是高速列车的速度。这叫做VVVF。


除了高速铁路,如电动车辆,变频空调,风力涡轮机和许多其他场合使用的交流电动机,IGBT和匹配电路被用来控制电动机。在太阳能发电厂和电能存储领域,IGBT主要用于交流和直流转换。


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