小孙学变频学习笔记（四）变频器的逆变器件—IGBT管（下）

一、小孙学变频学习笔记

1.3 变频器的逆变器件—IGBT管

IGBT管的保护

驱动电路中的“过电流保护”，实际上主要是短路保护
- 一般过电流保护是通过实测电流的数值进行保护
- 短路保护是根据IGBT管的饱和压降的大小来判断集电极电流是否过大
二极管VD1是用来阻挡IGBT截止的时候，集电极上的高电压
正常情况，IGBT导通时，U_S = U_CES + U_D1
R点事参考点，其电压称为参考电压，或基准电压，略大于IGBT在额定电流下运行时的采样电压
- 所以在正常情况下 U_S < U_R
- 当发生短路时，IGBT的饱和压降 U_CES 迅速上升，采样电压也随之上升，使得 U_S > U_R，经过运算放大器比较和放大，有结果保护锁定电路之后，将A点电位锁定在低电位，迫使IGBT迅速截止
IGBT旁的缓冲电路（吸收电路）主要是用来吸收IGBT管从饱和导通到截止过程中的电压变化率
在1μs的时间里电压从3V上升到530V容易通过集电极和控制极之间的结电容，从而破坏IGBT管，所以就需要使用电容来减缓电压的变化
但是电容在放电的时候会有瞬间的大电流通过IGBT管，所以还需要增加限流电阻
但是有了限流电阻，又会使得电容失去吸收电压变化率的作用，所以还要在并联一个钳位二极管VD，在IGBT管截止过程中，使C、E间的电压基本上与C上的电压相等，而在IGBT管转为饱和导通的过程中，又不影响R的限流作用
图中的缓冲电路较为完整，在较小的变频器中常常被简化

IGBT管的并联

在大容量的变频器中，常常有几个IGBT管并联的情形，但是并联也有很大的限制

IGBT并联的基本要求
(1) 在饱和导通时，两管的集电极电流和饱和压降都应该相等
过电流保护
(2) 两管的开关过程应该均衡
具体措施
(1) 应选择封装结构相同的IGBT管，最好是同一批次的管子
(2) 应该共用一个驱动电路，其接线如图1-31所示
(3) 安装和接线的布局力求对称
(4) 并联后的额定电流应适当降低，一般应降低15%-20%。例如，两个100A的IGBT管并联后的额定电流大约为160-170A

常见的IGBT型号及参数

进口IGBT典型型号

型号	电压 (V)	电流 (A)	封装	应用领域
富士 2MBI300HJ-120-50	1200V	300A @60°C	模块	工业电源、电镀电源
英飞凌 FF450R12ME4	1200V	450A	EconoDUAL3	新能源车、光伏逆变器
东芝 GT50JR22	600V	44A @100°C	TO-3P	空调PFC、焊机

1. 国产替代IGBT型号

型号	电压 (V)	电流 (A)	封装	对标进口型号
新洁能 NCE40ER65BP	650V	40A	TO-3P	东芝 GT50JR22
BASiC BMF160R12RA3	1200V	160A	模块	富士 2MBI300HJ-120-50
飞虹 FHA25T120A	1200V	25A	TO-247	NGTB25N120FL2WG

IGBT的未来发展

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）正在被 碳化硅（SiC）MOSFET 逐步取代，尤其是在高频、高温、高压的应用场景中。SiC MOSFET凭借其 更低的开关损耗、更高的开关频率、更好的高温稳定性，正在电力电子领域加速替代IGBT。
SiC MOSFET 替代 IGBT 的主要优势

对比项	SiC MOSFET	IGBT
开关频率	可达 100kHz~MHz（IGBT通常<50kHz）	通常 10kHz~50kHz
开关损耗	降低70%-80%（如145mJ vs 400mJ）	较高，反向恢复损耗明显
耐温能力	200°C+（硅基IGBT通常<150°C）	一般 <150°C
导通损耗	RDS(on)低至7.5mΩ（IGBT VCE(sat) 3.2-4.2V）	导通压降较高
反向恢复损耗	无（单极器件）	需要外置快恢复二极管，损耗较大
系统效率	提升2%-5%（如光伏逆变器达99%+）	相对较低