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以创新的IGBT技术合理的器件选型和有效的系统手段优化变频器设计

发布时间:2020-07-21 18:31:39 阅读: 来源:矿用通信电缆mhyv厂家

全球对于节能和绿色能源的需求使得马达变频驱动在工业应用领域不断增长,甚至还扩展到民用产品和汽车领域。因此在过去几年,市场对变频器的需求量和相应的产量一直在持续增长。随着产量的不断扩大和技术趋向成熟,变频器市场竞争也日益激烈,对产品性价比的要求不断提高。 标准的三相交流驱动变频器使用绝缘栅双极晶体管(IGBT) 来实现主电路中的6个开关,现在除少量小功率、低成本变频器采用分立IGBT器件外,一般工业变频器均采用模块化IGBT(包括IPM)。模块化概念为用户提供了一个采用绝缘封装且经过检验的功率开关组件,从而减轻了设计工作量,改进系统性能,并提高了变频器的功率等级。

但即便使用IGBT模块,设计上的挑战依然存在。由于IGBT模块的恶劣工作条件(在高压和高温下对大电流进行开关控制)和半导体器件固有弱点,设计工程师必须在确保IGBT模块能够安全工作的同时,发挥其最大性能以实现低成本设计。

本文将首先陈述变频器设计工程师所面临的主要挑战,然后介绍来自英飞凌科技的创新IGBT芯片和封装技术及支持工具,并简要陈述这些解决方案的优点。

变频器设计面临的挑战

IGBT能够安全运行是应用的首要要求。安全运行有两个基本的条件,超越这两个条件运行可引起器件的永久性损坏,这两个条件分别是:

1) Vce ≤ Vces,其中Vce是集电极-发射极瞬态电压,Vces是IGBT芯片的阻断电压(数据表上规定为600V/1200V/1700V/3.3kV/6.5kV)

2) Tj ≤ Tvj,op,max,其中Tj是IGBT芯片的瞬时结温,Tvj,op,max(数据表上规定为125℃或150℃)是进行开关工作时所允许的最大结温

要在应用中遵循这两个条件,必须先理解Vce和Tj是如何建立的。

首先,在变频器电路结构中,IGBT半桥由直流侧供电,直流侧电压Vdc几乎恒定。受电路的电磁场和材料的影响,系统中存在分布电感(见图 1),当IGBT以di/dt的速率将电流关断时,Vce等于Vdc和一个感应电压di/dt

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