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了解电力有源滤波器(APF)的“心脏”IGBT来源:河南汇德电气 时间:2019/11/5 16:17:00

了解电力有源滤波器即APF的人都知道,一个好的有源电力滤波器,必定会配有好的“心脏”,IGBT装置。什么是IGBT呢?他在电力滤波器中起着什么样的作用呢?

什么是IGBT?IGBT的作用?

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),全称为绝缘栅双极型晶体管(如下图所示),是目前发展最迅速的新型功率器件,具有非常好的开关特性和导通特性。IGBT产品集合了高频、高压、大电流三大技术优势,是电力电子设备中的核心部件,涉及几乎所有电压等级下的电气设备。有源滤波器电力滤波器工作中主要利用了的他的开关特性及功率传导性。

IGBT有何优点呢?

IGBT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,驱动电路复杂;MOSFET是单极型电压驱动器件,驱动功率很小,开关速度快,驱动电路简单,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。

常见的IGBT结构是什么样的?

见下图(a)和(b)。IGBT也是三端器件,具有栅极G、集电极C和发射极E。下图(a)给出了一种由N沟道MOSFET与双极型晶体管组合构成的IGBT(为N沟道IGBT)的基本机构。

P+注入区与N区形成了一个大面积的P+N结J1.这使得IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子,从而对漂移区电导率进行调制,使得IGBT具有很强的通流能力。

简化等效图如(b),可看出这是用双极型晶体管与MOSFET组成的达林顿结构,相当于一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。

图RN为晶体管基区内的调制电阻。因此,IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同,他也是场控器件。其开通和关断是由栅极和发射极间的电压uGE决定的,当uGE为正且大于开启电压时,MOSFET内形成沟道,并为晶体管提供基极电流进而使IGBT导通。由于前面提到的电导调制效应,使得电阻RN减小,这样高耐压的IGBT也具有很低的通态压降。

当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时,MOSFET的沟道消失,晶体管的基极电流被切断,使得IGBT关断。这就是IGBT作为电力有源滤波器的“心脏”所发挥的作用。

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