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电动汽车工程师想知道的IGBT知识及应用

日期:2018-12-21 

 如今电动汽车应用越来越多的新知识、新技术,如:什么是电机?什么是电机控制器?什么是逆变器?什么是IGBT?电机控制器或者逆变器型号、规格越来越多。要真正理解它的工作原理,必须要对其基础理论进行学习,有了基础知识,再结合实际产品进行对照,基本上可以掌握电机控制器或者逆变器的工作原理,进而就可以科学匹配设计。下面对IGBT(绝缘栅双极型晶体管)及应用进行讨论,供初级工程技术人员参考。
       IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)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。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
       IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品;封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上;
       IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点;当前市场上销售的多为此类模块化产品,一般所说的IGBT也指IGBT模块;随着节能环保等理念的推进,此类产品在市场上将越来越多见;
       IGBT是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,作为国家战略性新兴产业,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。
       “绝缘栅双极型晶体管”的通俗理解
绝缘栅双极型晶体管是《电工学》中的一个专业术语,如何正确理解有一定难度。小编对个这术语进行通俗的解释。
   ①管:理解水管的功能即可。水从管子一头流进去,从另一头流出。水是液体的,管子对水而言,就是导管。
   ②晶体管:水管子的材料有水泥的,也有用橡胶的等。晶体管的材料是晶体结构的,电子可以这一“头”流进去,从另一“头”流出。水管中是“空”腔,水才能流动,晶体结构材料的晶体“管”里也有“空”腔的,电子才能流动。不过水管的“空”腔,肉眼可以看到,而晶体管的“空”腔,肉眼是看不到的。于是有把“头”换成“极”,即可以这样表述了,即电子可以这一“极”流进去,从另一“极”流出。最典型是晶体二极管。二极管最大特点,只容许电子在里面的流动是单向的(正向流动),反向是流不通的。这个特性,对二极管而言,叫做单向导通性能。
   ③双极型晶体管:把2个二极管的开关特性进行组合起来,且进行控制,可行实现电子在晶体管中的双向流动。好比水管中间装一些三通,配合一些阀门,水的流向、流量可行进行控制了。在二级管基础进行新组合,对双极型晶体管而言,有了开关特性了。
   ④绝缘栅双极型晶体管:绝缘栅简单理解是一个阀门。通俗的理解,是带阀门控制的能控制电子双向(多向)流动的晶体管。
       IGBT是应用在高压(高功率)电路变化的开关器件。
       过去的二(三)晶体管(集成块)基本应用在收音机、电视机等控制(变化)电路里。目前汽车低压电路里依然大量使用二(三)晶体管(集成块)等电子器件,但是新能源(电动汽车)驱动,是高压(大功率)的,过去的二(三)晶体管(集成块)基本就用不了。于是产生了IGBT,其基础理论还是电子技术(模拟、数字的)。IGBT已经是大功率的、大规模的集成电子器件了。发展新能源汽车,其中要大量应用IGBT。没有这个器件的支撑,没有可能有电动驱动模块。
       目前中国发展汽车的一个严重的短板是,IGBT器件大部分是进口的。电动汽车工程师必须知道IGBT知识及应用。中国长期用外国公司IGBT器件,很难把控核心技术,成本优势不明显。为此,我公司早在九十年代引进德国技术,生产了ZTTP型晶体管中频、高频、超音频感应加热电源,目前经过升级换代,产品已达到二十一世纪国际同类产品技术水平。采用IGBT晶体管为逆变器件,可完全代替电子管式超音频电源、机式中频电源及晶闸管中频电源,适用于各种金属热处理、焊接、熔炼、透热等热加工行业。
       我公司生产的ZTTP系列IGBT电源,高效节能,运行成本低,无寿命限制,维修费用极其低廉,适用范围广,极大的满足了国内外市场的需求,居国内领先水平。
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