光伏逆變器和風(fēng)力發(fā)電變流器的高效運(yùn)行離不開高性能IGBT模塊。在光伏領(lǐng)域,組串式逆變器通常采用1200VIGBT模塊,將太陽能板的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并網(wǎng),比較大轉(zhuǎn)換效率可達(dá)99%。風(fēng)電場(chǎng)景中,全功率變流器需耐受電網(wǎng)電壓波動(dòng),因此多使用1700V或3300V高壓IGBT模塊,配合箝位二極管抑制過電壓。關(guān)鍵創(chuàng)新方向包括:1)提升功率密度,如三菱電機(jī)開發(fā)的LV100系列模塊,體積較前代縮小30%;2)增強(qiáng)可靠性,通過銀燒結(jié)工藝替代傳統(tǒng)焊料,使芯片連接層熱阻降低60%,壽命延長(zhǎng)至20年以上;3)適應(yīng)弱電網(wǎng)條件,優(yōu)化IGBT的短路耐受能力(如10μs內(nèi)承受額定電流10倍的沖擊),確保系統(tǒng)在電網(wǎng)故障時(shí)穩(wěn)定脫網(wǎng)。新能源逆變器用IGBT模塊需通過H3TRB測(cè)試(85℃/85%RH/1000h)驗(yàn)證可靠性。廣東好的IGBT模塊代理商
保護(hù)電路4包括依次相連接的電阻r1、高壓二極管d2、電阻r2、限幅電路和比較器,限幅電路包括二極管vd1和二極管vd2,限幅電路中二極管vd1輸入端分別接+15v電源和電阻r2,二極管vd1輸出端與二極管vd2輸入端相連接,二極管vd2輸出端接地,高壓二極管d2輸出端與二極管vd2輸入端相連接,二極管vd1輸出端與比較器輸入端相連接,放大濾波電路3與電阻r1相連接。放大濾波電路將采集到的流過電阻r7的電流放大后輸入保護(hù)電路,該電流經(jīng)電阻r1形成電壓,高壓二極管d2防止功率側(cè)的高壓對(duì)前端比較器造成干擾,二極管vd1和二極管vd2組成限幅電路,可防止二極管vd1和二極管vd2中間的電壓,即a點(diǎn)電壓u超過比較器的輸入允許范圍,閾值電壓uref采用兩個(gè)精值電阻分壓產(chǎn)生,若a點(diǎn)電壓u驅(qū)動(dòng)電路5包括相連接的驅(qū)動(dòng)選擇電路和功率放大模塊,比較器輸出端與驅(qū)動(dòng)選擇電路輸入端相連接,功率放大模塊輸出端與ipm模塊1的柵極端子相連接,ipm模塊是電壓驅(qū)動(dòng)型的功率模塊,其開關(guān)行為相當(dāng)于向柵極注入或抽走很大的瞬時(shí)峰值電流,控制柵極電容充放電。功率放大模塊即功率放大器,能將接收的信號(hào)功率放大至**大值,即將ipm模塊的開通、關(guān)斷信號(hào)功率放大至**大值,來驅(qū)動(dòng)ipm模塊的開通與關(guān)斷。中國澳門進(jìn)口IGBT模塊生產(chǎn)廠家在電動(dòng)汽車逆變器中,IGBT模塊是實(shí)現(xiàn)高效能量轉(zhuǎn)換的功率器件。
圖中開通過程描述的是晶閘管門極在坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)刻開始受到理想階躍觸發(fā)電流觸發(fā)的情況;而關(guān)斷過程描述的是對(duì)已導(dǎo)通的晶閘管,在外電路所施加的電壓在某一時(shí)刻突然由正向變?yōu)榉聪虻那闆r(如圖中點(diǎn)劃線波形)。開通過程晶閘管的開通過程就是載流子不斷擴(kuò)散的過程。對(duì)于晶閘管的開通過程主要關(guān)注的是晶閘管的開通時(shí)間t。由于晶閘管內(nèi)部的正反饋過程以及外電路電感的限制,晶閘管受到觸發(fā)后,其陽極電流只能逐漸上升。從門極觸發(fā)電流上升到額定值的10%開始,到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%(對(duì)于阻性負(fù)載相當(dāng)于陽極電壓降到額定值的90%),這段時(shí)間稱為觸發(fā)延遲時(shí)間t。陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需要的時(shí)間(對(duì)于阻性負(fù)載相當(dāng)于陽極電壓由90%降到10%)稱為上升時(shí)間t,開通時(shí)間t定義為兩者之和,即t=t+t通常晶閘管的開通時(shí)間與觸發(fā)脈沖的上升時(shí)間,脈沖峰值以及加在晶閘管兩極之間的正向電壓有關(guān)。[1]關(guān)斷過程處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管當(dāng)外加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r(shí),由于外電路電感的存在,其陽極電流在衰減時(shí)存在過渡過程。陽極電流將逐步衰減到零,并在反方向流過反向恢復(fù)電流,經(jīng)過**大值I后,再反方向衰減。
流過IGBT的電流值超過短路動(dòng)作電流,則立刻發(fā)生短路保護(hù),***門極驅(qū)動(dòng)電路,輸出故障信號(hào)。跟過流保護(hù)一樣,為避免發(fā)生過大的di/dt,大多數(shù)IPM采用兩級(jí)關(guān)斷模式。為縮短過流保護(hù)的電流檢測(cè)和故障動(dòng)作間的響應(yīng)時(shí)間,IPM內(nèi)部使用實(shí)時(shí)電流控制電路(RTC),使響應(yīng)時(shí)間小于100ns,從而有效抑制了電流和功率峰值,提高了保護(hù)效果。當(dāng)IPM發(fā)生UV、OC、OT、SC中任一故障時(shí),其故障輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間tFO為1.8ms(SC持續(xù)時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些),此時(shí)間內(nèi)IPM會(huì)***門極驅(qū)動(dòng),關(guān)斷IPM;故障輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間結(jié)束后,IPM內(nèi)部自動(dòng)復(fù)位,門極驅(qū)動(dòng)通道開放??梢钥闯?,器件自身產(chǎn)生的故障信號(hào)是非保持性的,如果tFO結(jié)束后故障源仍舊沒有排除,IPM就會(huì)重復(fù)自動(dòng)保護(hù)的過程,反復(fù)動(dòng)作。過流、短路、過熱保護(hù)動(dòng)作都是非常惡劣的運(yùn)行狀況,應(yīng)避免其反復(fù)動(dòng)作,因此*靠IPM內(nèi)部保護(hù)電路還不能完全實(shí)現(xiàn)器件的自我保護(hù)。要使系統(tǒng)真正安全、可靠運(yùn)行,需要輔助的**保護(hù)電路。智能功率模塊電路設(shè)計(jì)編輯驅(qū)動(dòng)電路是IPM主電路和控制電路之間的接口,良好的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要意義。二極管模塊作為電力電子系統(tǒng)的組件,其結(jié)構(gòu)通常由PN結(jié)半導(dǎo)體材料封裝在環(huán)氧樹脂或金屬外殼中構(gòu)成。
碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導(dǎo)體的興起,對(duì)傳統(tǒng)硅基IGBT構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)壓力。SiC MOSFET的開關(guān)損耗*為IGBT的1/4,且耐溫可達(dá)200°C以上,已在特斯拉Model 3的主逆變器中替代部分IGBT。然而,IGBT在中高壓(>1700V)、大電流場(chǎng)景仍具成本優(yōu)勢(shì)。技術(shù)融合成為新方向:科銳(Cree)推出的混合模塊將SiC二極管與硅基IGBT并聯(lián),開關(guān)頻率提升至50kHz,同時(shí)系統(tǒng)成本降低30%。未來,逆導(dǎo)型IGBT(RC-IGBT)通過集成續(xù)流二極管,減少封裝體積;而硅基IGBT與SiC器件的協(xié)同封裝(如XHP?系列),可平衡性能與成本,在新能源發(fā)電、儲(chǔ)能等領(lǐng)域形成差異化優(yōu)勢(shì)。IGBT模塊的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗是影響其整體效率的關(guān)鍵因素。江西好的IGBT模塊廠家現(xiàn)貨
現(xiàn)代IGBT模塊的發(fā)射極鍵合線已從鋁線升級(jí)為直徑400μm的銅帶,使通流能力提升至300A/cm2。廣東好的IGBT模塊代理商
選型可控硅模塊時(shí)需綜合考慮電壓等級(jí)、電流容量、散熱條件及觸發(fā)方式等關(guān)鍵參數(shù)。額定電壓通常取實(shí)際工作電壓峰值的1.5-2倍,以應(yīng)對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)或操作過電壓;額定電流則需根據(jù)負(fù)載的連續(xù)工作電流及浪涌電流選擇,并考慮降額使用(如高溫環(huán)境下電流承載能力下降)。例如,380V交流系統(tǒng)中,模塊的重復(fù)峰值電壓(VRRM)需不低于1200V,而額定通態(tài)電流(IT(AV))可能需達(dá)到數(shù)百安培。觸發(fā)方式的選擇直接影響控制精度和成本。光耦隔離觸發(fā)適用于高電壓隔離場(chǎng)景,但需要額外驅(qū)動(dòng)電源;而脈沖變壓器觸發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但易受電磁干擾。此外,模塊的導(dǎo)通壓降(通常為1-2V)和關(guān)斷時(shí)間(tq)也需匹配應(yīng)用頻率需求。對(duì)于高頻開關(guān)應(yīng)用(如高頻逆變器),需選擇快速恢復(fù)型可控硅模塊以減少開關(guān)損耗。***,散熱設(shè)計(jì)需計(jì)算模塊結(jié)溫是否在允許范圍內(nèi),散熱器熱阻與模塊熱阻之和應(yīng)滿足穩(wěn)態(tài)溫升要求。廣東好的IGBT模塊代理商