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　　IGBT在大功率斩波中的应用介绍

　　IGBT是近代新发展起来的全控型功率半导体器件，它是由MOSFET(场效应晶体管)与GTR(大功率达林顿晶体管)结合，并由前者担任驱动，因此具有：驱动功率小，通态压降低，开关速度快等优点，目前已广泛应用于变频调速、开关电源等电力电子领域。

　　斩波是电力电子控制中的一项变流技术，其实质是直流控制的脉宽调制，因其波形如同斩切般整齐、对称，故名斩波。斩波在内馈调速控制中占有极为重要的地位，它不仅关系到调速的技术性能，而且直接影响设备的运行安全和可靠性，因此。如何选择斩波电路和斩波器件十分重要。

　　一. IGBT的标称电流与过流能力

　　1) IGBT的额定电流

　　目前，IGBT的额定电流(元件标称的电流)是以器件的最大直流电流标称的，元件实际允许通过的电流受安全工作区的限制而减小，由图1所示的IGBT安全工作区可见，影响通过电流的因素除了c-e电压之外，还有工作频率，频率越低，导通时间越长，元件发热越严重，导通电流越小。

　　二. IGBT的高阻放大区

　　“晶体管是一种放大器”，ABB公司的半导体专家卡罗尔在文献1中对晶体管给出了中肯评价。晶体管与晶闸管的本质区别在于：晶体管具有放大功能，器件存在导通、截止和放大三个工作区，而放大区的载流子处于非饱和状态，故放大区的电阻远高于导通区;晶闸管是晶体管的正反馈组合，器件只存在导通和截止两个工作区，没有高阻放大区。

　　.　三. IGBT的封装形式与散热

　　对于半导体器件，管芯温度是最重要的可靠条件，几乎所有的技术参数值都是在允许温度(通常为120○——140○C)条件下才成立的，如果温度超标，器件的性能急剧下降，最终导致损坏。

　　半导体器件的封装形式是为器件安装和器件散热服务的。定额200A以上的器件，目前主要封装形式有模块式和平板压接式两种，螺栓式基本已经淘汰。

　　模块式结构多用于将数个器件整合成基本变流电路，例如，整流、逆变模块，具有体积小，安装方便，结构简单等优点，缺点是器件只能单面散热，而且要求底板既要绝缘又要导热性能好(实现起来很困难)，只适用于中小功率的单元或器件。

　　平板式结构主要用于单一的大电流器件，是将器件和双面散热器紧固在一起，散热器既作散热又作电极之用。平板式的优点是散热性能好，器件工作安全、可靠。缺点是安装不便，功率单元结构复杂，维护不如模块式方便。

　　四. IGBT的并联均流问题

　　目前，国外单管IGBT的最大容量为2000A/2500V，实际的商品器件容量为1200A/2400V，根据大功率斩波的需要，通常，额定工作电流为400A——1500A，考虑到器件工作安全，必须留有2倍左右的电流裕度，再结合本文前述的IGBT最大电流标称问题，单一器件无法满足要求，必须采用器件并联。半导体器件并联存在的均流问题是影响可靠性的关键，由于受离散性的限制，并联器件的参数不可能完全一致，于是导致并联器件的电流不均，此时的1+1小于2，特别是严重不均流时，通态电流大的器件将损坏，这是半导体器件并联中老大难的问题，为此，要提高斩波包括其它电力电子设备的可靠性，应该尽量避免器件并联，而采用单管大电流器件。

　　从理论上讲，IGBT在大电流状态具有正温度系数，可以改善均流性能，但是毕竟有限，加上可控半导体器件的均流还要考虑驱动一致性，否则，既使导通特性一致，也无法实现均流，这样，就给IGBT并联造成了极大困难。

　　五. IGBT的驱动与隔离问题

　　可控半导体器件都存在控制部分，晶闸管和晶体管也不例外。为了提高可靠性，要求驱动或触发部分必须和主电路严格隔离，两者不能有电的联系。中国电力电子产业网

　　与晶闸管的脉冲沿触发特性不同(沿驱动)，IGBT等晶体管的导通要求栅极具有持续的电流或电压(电平驱动)，这样，晶体管就不能象晶闸管那样，通过采用脉冲变压器实现隔离，驱动电路必须是有源的，电路较为复杂，而且包含驱动电源在内，要和主电路有高耐压的隔离。实践证明，晶体管的驱动隔离是导致系统可靠性降低不可忽略的因素，据不完全统计，由于驱动隔离问题而导致故障的几率约占总故障的15%以上。

　　就全控性能而言，IGBT是最适合斩波应用的器件，而且技术极为简单，几乎IGBT器件本身就构成了斩波电路。但是要把IGBT斩波形成产品，问题就没有那么简单，特别是大功率斩波，如果不面对现实，认真研究、发现和解决存在的问题，必将事与愿违，斩波设备的可靠性将遭受严重的破坏。不知道是出于技术认识问题还是商务目的，近来发现，某些企业对IGBT晶体管倍加推崇，而对晶闸管全面否定，显然，这是不科学的。为了尊重科学和澄清事实，本文就晶闸管和以IGBT为代表的晶体管的性能、特点加以分析和对比，希望能够并引起讨论，还科学以本来面目。