.IGBT管在逆变器驱动板上的作用

IGBT元件的工作原理和应用1. 引言在现代电力电子技术中，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种重要的元件，具有高电压、高电流和高开关速度等特点。

本文将介绍IGBT元件的工作原理和应用。

2. IGBT工作原理IGBT是一种由MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）组成的混合型元件。

其工作原理可以分为以下几个步骤：1.输入信号引发控制端电压：控制端的电压作用下，形成子结和耗尽区的条件。

2.条件形成轉移区：控制端电压作用下，在轉移区域存在大电容，电荷会在下一个周期传播到发射区，IGBT结束通导状态。

3.发射区的导通：一旦适当的控制电流和电压施加后，MOS管中的电子开始导通，激活BJT的发射层。

4.提供辅助电压以维持MOS的导通：一旦电子开始导通，就必须通过辅助电压维持MOS的导通，以防止MOS关闭。

综上所述，IGBT的工作原理是通过不断改变控制端电压，并在MOS和BJT之间建立通路来控制导通和截止。

3. IGBT的应用IGBT作为一种重要的电子元件，广泛应用于各个领域。

以下是几个常见的应用领域：3.1 电力传输和变换IGBT在电力传输和变换领域起着重要作用，主要应用于交流换流器、逆变器和直流调节器等设备中。

IGBT的高电压和高电流承受能力，使其能够在电力系统中进行高效的能量转换和传输。

3.2 光伏发电系统在光伏发电系统中，IGBT用于逆变器中，将光伏电池板产生的直流电转换为交流电，以供电网使用或直接驱动电动设备。

3.3 汽车电子系统IGBT在汽车电子系统中的应用越来越广泛，用于电动车的控制系统、混合动力汽车的驱动系统和燃油喷射系统等。

IGBT的高开关速度和高电压能力使其适用于汽车中的高频电子设备。

3.4 变频空调在变频空调中，IGBT用于控制压缩机的工作，以实现空调系统的制冷和加热功能。

IGBT的高效能转换和低能耗使其成为变频空调系统的关键组成部分。

3.5 高速列车在高速列车领域，IGBT被用作高压变流器，用于控制高速列车的起动、制动和稳定运行。

IGBT的工作康理和工作特ftIGBT的开关作用是通过加正向柵极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电说，使IGBT导通。

反之，H反向D板电压消除沟道，浹过反肖基根电if, ft IGBT关断。

IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需輕制输人极N -沟道MOSFET, 所以貝有高输入皿抗特性。

当M OSFET的沟道形底后,从P+基极注人到N-层的空兀(少子),对N-层进行电导调耳, 城小N —层的电讯，® IGBT在高电压时，也貝有低的通态电压。

IGBT曲工作特性包招静奈和动矗两类：1.静去特性IGBT的静态特牲壬要有伏安特牲、转杨将性棚开关特性。

IGBT的伏安特性是惰以讯源电压Ugs为参变量时，演板电滾与HJI极电压之间的关系曲线。

输出漏机电流比受柵淪电压Ugs的控M, Ugs越髙，Id毬大。

它与GTR的输出特牲相仏也可什为饱和区1、放大区2和击穿特住3部什。

在彼止状态下的IGBT, 正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。

如果无N+缓冲区，剧正反向讯断电压可以似別同样水平，加人N+媛冲区后，反向关撕电压只能达月几十伏水平，因此眼制了IGBT的某些应用国。

IGBT的转密特性是惰输出漏板电流Id与冊源电压Ugs之间的关系曲线。

它与MOSFET的转粽特性相同，当卅源电压小于开启电压Ugs(th)旳，IGBT处于关断状态。

在IGBT导通后的大册什漏檢电潼田，Id与U°s呈线性关系。

最高柵源电压受最大漏机电渝眼制，其最佳値一般取为15V左右。

IGBT的开关特性是指漏板电流与漏源电压之间的关系。

IGBT处于导通态旳，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，斯以其B值根低。

尽管等效电路为这M顿给枸，個通过MOSFET的电说成为IGBT总电流的主要部分。

此时,通态电压U ds(on) «J用下式表示：Uds(on) = Uj1 +Udr + ldRoh (2-14)式中Uj1—JI结的正向电压，其值为0.7-IV；Udr一扩展电Pfl Rdr ±的压降；Roh一沟谊电阳。

三电平逆变器IGBT驱动电路电磁兼容研究0 引言近年来，二极管箝位型三电平逆变器在高压大功率场合的应用得到广泛的研究。

与普通两电平逆变器相比，三电平逆变器改善了输出电压波形，降低了系统的电磁干扰，并且可用耐压较低的器件实现高压输出。

电路拓扑。

三电平逆变器系统结构，主要有不控整流电路、三电平逆变器、滤波器以及驱动电路、采样电路和DSP数字控制电路等。

设计时使用了6个带有两路驱动信号输出的IGBT驱动电路。

从系统结构图可以看到，IGBT的驱动电路连接着数字控制电路与逆变器主功率电路，是逆变器能否正常工作的关键所在。

由于驱动电路靠近IGBT器件，而且其中强电信号与弱电信号共存，可能受到的电磁干扰更为严重，因而IGBT驱动电路的EMC设计也是影响着整个逆变器系统工作性能的关键问题。

本文将分析三电平逆变器系统中会对IGBT驱动电路产生影响的主要干扰源及耦合途径，并重点讨论IGBT驱动电路的EMC设计。

1 干扰源及耦合途径对IGBT驱动电路进行EMC设计，必须首先考虑三电平逆变器整个系统可能存在的干扰源及干扰噪声的耦合途径。

1.1 功率半导体器件的开关噪声由图2所示的逆变器系统结构图可以看到，电网电压经过三相不控整流电路后输入三电平逆变器，经过逆变电路和滤波电路后为负载供电。

不控整流电路中的功率二极管及逆变器电路中器件(IGBT)在开关过程中均存在较高的di/dt，可能通过线路或元器件的寄生电感引起瞬态电磁噪声。

由于器件的功率容量很大，造成的开关噪声是整个系统中最主要的干扰源，对IGBT驱动电路工作的稳定性有着重要影响。

1.1.l 功率二极管的开关噪声功率二极管开通时，电流迅速增加，电压也会出现一个快速的上冲，会导致一个宽带的电磁噪声；二极管在关断时会有一个反向恢复电流脉冲，由于其幅度及di/dt都很大，在电路的寄生电感作用下会产生很高的感应电压，造成较强的瞬态电磁噪声。

由于功率二极管应用在三相不控整流电路中，输入电压较高，开关过程中的电磁噪声对系统其他部分的影响会更为严重。

igbt逆变器工作原理_igbt在逆变器中的作用IGBT（绝缘栅双极型晶体管），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;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，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。

目前国内缺乏高质量IGBT模块，几乎全部靠进口。

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是高压开关家族中最为年轻的一位。

由一个15V高阻抗电压源即可便利的控制电流流通器件从而可达到用较低的控制功率来控制高电流。

IGBT的工作原理和作用通俗易懂版：IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT 导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。

IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。

IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。

如果撤掉加在GS两端的电压，这层导电的沟道就消失了，就不可以导电了，变成了绝缘体。

IGBT的工作原理和作用电路分析版：IGBT的等效电路如图1所示。

由图1可知，若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。

IGBT工作原理概述：IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种高压、高功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。

本文将详细介绍IGBT的工作原理，包括结构、工作模式、特性和应用。

一、结构：IGBT由N沟道MOSFET和双极型晶体管（BJT）的耦合组成。

它的结构类似于MOSFET，但在N沟道MOSFET的基础上添加了PN结，形成了一个PNPN结构。

IGBT的主要部分包括N+型衬底、N-型沟道、P+型基区和N+型漏极。

二、工作模式：1. 关态（Off State）：当控制极（Gate）施加负电压时，IGBT处于关态。

此时，PNPN结中的P+型基区被正向偏置，形成一个导通的PN结。

因此，IGBT处于关断状态，没有漏电流流过。

2. 开态（On State）：当控制极施加正电压时，IGBT处于开态。

此时，控制极的正电压使得PNPN结中的P+型基区被反向偏置，阻断了PN结的导通。

然而，由于N沟道MOSFET的存在，控制极的正电压会形成一个电场，吸引N-型沟道中的电子，使其形成导电通道。

因此，IGBT处于导通状态，允许电流通过。

三、特性：1. 高压能力：IGBT具有较高的耐压能力，可以承受数百伏特的高电压。

这使得IGBT成为高压应用领域的理想选择，例如电力变换器和电动汽车驱动系统。

2. 高功率密度：IGBT具有较高的功率密度，能够在较小的体积内承受大功率。

这使得IGBT在需要高功率输出的应用中具有优势，例如工业驱动器和太阳能逆变器。

3. 快速开关速度：IGBT具有较快的开关速度，可以实现高频率的开关操作。

这使得IGBT在需要高频率开关的应用中表现出色，例如无线通信和医疗设备。

4. 低导通压降：IGBT的导通压降较低，可以减少功率损耗。

这使得IGBT在低能耗要求的应用中更加高效，例如节能照明和电动车充电器。

四、应用：1. 电力变换器：IGBT广泛应用于电力变换器中，用于将电能从一种形式转换为另一种形式。

IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法IGBT的工作原理和作用IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT 导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。

IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。

IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。

如果撤掉加在GS两端的电压，这层导电的沟道就消失了，就不可以导电了，变成了绝缘体。

IGBT的工作原理和作用电路分析IGBT的等效电路如图1所示。

由图1可知，若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。

图1 IGBT的等效电路由此可知，IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：--IGBT栅极与发射极之间的电压；--IGBT集电极与发射极之间的电压；--流过IGBT集电极-发射极的电流；--IGBT的结温。

如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，如果过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏；同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压，流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能。

逆变器IGBT功率模块故障分析与处理措施分析摘要：绝缘栅双极型晶体管功率模块设计，是当前设计逆变器的核心所在，只有充分保障模块运行的可靠性与整体质量，才可以让光伏电站可以稳定安全的运行下去。

在本文的分析中，主要阐述了IGBT的功率模块经常损坏问题，并从运行环境、硬件以及各种影响因素进行分析，为相关领域工作人员提供一定的参考。

关键字：IGBT；光伏电厂；硬件故障引言为了保障IGBT功率模块可以稳定的运行，日常需要工作人员结合实际的故障信息，进行针对性的分析与评估，同时采用准确的处理方式，及时的处理好例如锁定效应、过流运行以及短路超时的常见故障信息，以此全面的推动电力系统的运行稳定性。

1 IGBT功率单元绝缘栅双极型晶体管的设计，采用金氧半场效晶体管进行安装，以及与双极型晶体管进行负荷处理，以此具备着驱动功率小，以及开关速度比较快的特征。

在运行的过程中，也相应的发挥出饱和同时压降低的技术优势。

这样的设备在使用中，需要得到故障的及时处理与把控，以此促进新能源发电厂的稳定运行，带来更多的电力生产效益[1]。

2 IGBT功率模块故障分析2.1 锁定效应IGBT在设计中，由于内部设置了寄生晶体管，以此在规定的漏极电流的范围区间中，正偏电压要避免出现晶体管的导通情况。

在漏极电流的不断增长之后，正偏电压会导致NPN晶体管的开通，以此让NPN与PNP的晶体管始终处于饱满的状态下。

这样的情况，会导致栅极失去了原本的控制状态，并带来一定的IGBT 的锁定的基本效应，后续会引发一定的集电极电流过大，以及带来功耗方面的基本损失[2]。

2.2 长时间过流IGBT的功率模块的长时间运行过程中，经常会受到设备的选型失误问题，或者出现的安全问题的影响。

一旦出现了超出反偏安全工作区域，以及限定当中的电流安全边界的影响。

其次，后续进行针对性的处理中，需要及时的对断器件进行及时的处理，并控制引发功率所带来的一定负面影响。

现阶段进行该项目的处理中，需要结合系统的故障状态，才可以最终判断系统运行效果。

IGBT的主要应用领域_IGBT国内外市场规模IGBT(绝缘栅双极型晶体管），是由BJT(双极结型晶体三极管) 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,其具有自关断的特征。

简单讲，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。

IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点，如驱动功率小和饱和压降低等。

IGBT模块是由IGBT与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。

▲IGBT模块简图IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”。

采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。

IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构的复合器件。

其外部有三个电极，分别为G-栅极，C-集电极，E-发射极。

在IGBT使用过程中，可以通过控制其集-射极电压UCE和栅-射极电压UGE的大小，从而实现对IGBT导通/关断/阻断状态的控制。

1）当IGBT栅-射极加上加0或负电压时，MOSFET内沟道消失，IGBT呈关断状态。

2）当集-射极电压UCE＜0时，J3的PN结处于反偏，IGBT呈反向阻断状态。

3）当集-射极电压UCE＞0时，分两种情况：②若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。

②若栅-射极电压UGE＞Uth ，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常工作）。

此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降。

应用于风力发电的大功率IGBT驱动保护电路随着风力发电技术的不断进步，越来越多的风力发电机被投入使用。

在风力发电中，IGBT（绝缘栅双极晶体管）被广泛应用于风力发电机的变频器中，用于控制电机的电能输出和风力发电的整个过程。

而大功率IGBT驱动保护电路则是保护这些IGBT的关键部分。

一、大功率IGBT驱动保护电路的意义大功率IGBT驱动保护电路是为了保护风力发电机变频器中的IGBT而设计的一种电路。

IGBT作为风力发电机变频器的核心部件，负责将电能转换成机械能，并进行不同频率、不同电压的输出。

在风力发电的过程中，变频器中的IGBT受到的电压和电流都是很大的，同时高频电源的电压也对IGBT产生了很大的压力，如果IGBT的运行不能被有效保护，就有可能会引起其烧毁或损坏，从而对风力发电机的正常运行产生不利影响。

因此，大功率IGBT驱动保护电路是非常必要的。

二、大功率IGBT驱动保护电路的基本原理大功率IGBT驱动保护电路的基本原理是在IGBT的驱动电路中加入过流、过压、过热等保护电路。

在系统的设计中，IGBT的故障通常是由于内部电热、电压电流等因素引起的，因此，大功率IGBT驱动保护电路需要在这些方面进行有效的保护。

（1）过流保护在变频器的运行过程中，IGBT受到电流冲击时，可能会产生较大的能量，引起其过热烧毁，因此，过流保护是很必要的。

对于系统中的IGBT，可以通过电流传感器进行测量，通过对电流大小的测量，在IGBT的驱动电路中加入保护电路，当电流大小超过一定的阀值时，保护电路就会起到保护作用。

（2）过压保护风力发电机的变频器在运行过程中，如果瞬间出现高电压，就很可能会对IGBT造成损伤。

因此，过压保护是非常必要的。

在大功率IGBT驱动保护电路中，可以使用Zener二极管或压敏电阻作为过压保护器件，当电压突然上升时，就会使得这些保护器件在短时间内短路，从而保护IGBT。

（3）过热保护IGBT的运行温度较高，通常需要对其进行过热保护。

512024/02·汽车维修与保养栏目编辑：高中伟******************图16 特斯拉Model S变频器母排正面结构图18 特斯拉Model S变频器母排背面结构图19 IGBT模块图20 特斯拉Model S变频器的IGBT图17 特斯拉Model S变频器其中一相的IGBT功率驱动板结构文/广东 蔡元兵特斯拉Model S驱动系统的结构(接上期)2.特斯拉Model S变频器母排正面结构母排整体嵌件注塑在金属框架紧固为一个总成，扣合进三相功率总成内，集成度相当高。

母线排每侧输出端都连接了3块小的PCB板，是每相的IGBT功率驱动电路板，每块板完全相同，一共3块。

每块PCB 小板上都有两根黄色的铜排线，是将输入的高压电连接到每相的功率板，也就是每相功率板的直流高压输入侧。

图16所示为特斯拉Model S变频器母排正面结构。

3.特斯拉Model S变频率IGBT功率驱动板特斯拉Model S的IGBT功率驱动板一共有3个，每个铝制功率板上配1个IGBT 功率驱动板。

IGBT功率驱动电路的作用主要是将单片机脉冲输出的功率进行放大，以达到驱动IGBT功率器件的目的。

在保证IGBT器件可靠、稳定、安全工作的前提下，IGBT功率驱动电路起到至关重要的作用。

也就是把控制器输出的电平信号，变换成能够可靠驱动IGBT的信号，中间还会有一些隔离、保护的作用。

图17所示为特斯拉Model S变频器其中一相的IGBT功率驱动板结构。

IGBT对驱动电路的要求如下。

(1)提供适当的正反向电压，使IGBT 能可靠地开通和关断。

当正偏压增大时IGBT通态压降和开通损耗均下降，但若UGE过大，则负载短路时其IC随UGE 增大而增大，对其安全不利，使用中选UGEV=15V为好。

负偏电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通，一般选UGE=-5V为宜。

(2)IGBT的开关时间应综合考虑。

快速开通和关断有利于提高工作频率，减小开关损耗。