一顆指甲蓋大小的IGBT芯片,就能流過約200A的電流—工作原理作用
IGBT是一個超級電子開關(guān),它能耐受超高電壓。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202211/440352.htm我們家中插座里的市電交流電電壓是220V,而薄如紙張的IGBT芯片能承受的電壓最高可達6500V。我們一般家庭里家用電器全部開啟最大電流也不會超過30A,而一顆指甲蓋大小的IGBT芯片就能流過約200A的電流!
下圖是安裝在基板上的4個IGBT芯片和4個二極管芯片。
4個IGBT芯片和4個二極管芯片
但是,像這樣裸露的芯片是不能直接用的。我們需要把芯片再封裝到一個外殼里面,外殼中再填充絕緣的材料,把芯片的電極引到外端子上,就形成了能夠使用的IGBT產(chǎn)品。
封裝好的IGBT
有的外殼里只有一顆IGBT芯片,有的可能會十幾顆,二十幾顆芯片。于是,就形成了各種各樣的IGBT單管和模塊。單管封裝的IGBT的最大電流在100A左右,IGBT模塊的最大額定電流可以達到3600A!
單管
模塊
電路圖中的IGBT我們一般用下圖來表示,G表示門極gate,它用來接收指令。C表示集電極collector,E表示發(fā)射極emitter,集電極和發(fā)射極用來導(dǎo)通電流。平時IGBT是截止的,一旦門極接收到一個開通指令,電流就會源源不斷地從集電極到發(fā)射極之間流過。
就好比你家里墻上的開關(guān),按一下,開關(guān)閉合,電燈亮起;再按一下,電燈熄滅
當然,操作IGBT,不再是手,而是電子脈沖。
高電平來臨時,器件開通;低電平來臨時,器件就關(guān)斷
手動操作開關(guān),可能一秒鐘一兩次,而我們的電子開關(guān),一秒鐘可以開關(guān)上萬次,幾十萬次!這就是我們需要電子開關(guān),也就是功率器件的原因。
IGBT的開通特性
IGBT開通特性
IGBT的開通特性如上圖所示,可以通過半橋電路測試。IGBT VT2在一定的時間段t1內(nèi)開通。根據(jù)這個時間周期和電感L的大小,決定流過負載及IGBT集電極電流的大小。
IGBT VT2在t1時刻關(guān)斷,電流I換流到二極管VD1(t1時刻用以描述IGBT關(guān)斷行為。一旦時間到達t2,IGBT VT2再次被開通,這個時刻用來描述IGBT的開通行為。忽略負載電阻和二極管的壓降,IGBT VT2在開通之前承受所有的直流母線電壓UDC。
IGBT的開通過程
IGBT開通過程如上圖所示。在IGBT VT2開通后,柵極-集電極電壓UGE開始上升。在時間t3處,UGE上升到閾值電壓UGE(TO),這時集電極電流IC開始上升。集電極電流的上升產(chǎn)生了電流變化率diF/dt,同時由于換流通路中的雜散電感,導(dǎo)致集-射電壓UCE迅速下降,即
在t4時刻,集電極電流IC已經(jīng)上升到由電感大小決定的額定值。然而,這時二極管開始關(guān)斷,由于二極管的反向恢復(fù)特性,IC繼續(xù)增大。最大集電極電流IC,max的值是由以下因素決定的:
二極管的設(shè)計;
IGBT的外圍部件(比如驅(qū)動電路),這些外圍電路會影響電流變化率diC/dt和diF/dt。驅(qū)動電阻越大,diF/dt就越低,因而最大集電極電流就越低;
結(jié)溫Tvj;
直流母線電壓UDC。
如果其他參數(shù)保持不變,負載電流對IC,max的大小沒有影響。
評論