一、IGBT溉述
正常IGBT的工作頻率在10—20kHz，其開(kāi)關(guān)速度比GTO、IGCT快得多。在交流電動(dòng)機變頻調速中，它是較好的選擇。它在中小容量裝置中淘汰功率雙極晶體管(GTR)已成定論。IEGT在高電壓領(lǐng)域中保持快速開(kāi)關(guān)特性。在20世紀末，采用特殊結構和特殊少子壽命控制(如質(zhì)子注入加特殊退火工藝規范)的IGBT，在600—1200V電壓水平下，使工作頻率達到150kHz(硬開(kāi)關(guān))和300kHz(軟開(kāi)關(guān))，被稱(chēng)為霹靂型IGBT。它們將在開(kāi)關(guān)電源中與功率MOSFET競爭，以其導通壓降小，電流密度大，電壓等級高，成本低等優(yōu)點(diǎn)占有優(yōu)勢。今后十年的開(kāi)關(guān)電源，也許這種IGBT的市場(chǎng)份額將會(huì )擴大。
二、零電壓IGBT軟開(kāi)關(guān)
1、硬開(kāi)關(guān)與軟開(kāi)關(guān)
(1)硬開(kāi)關(guān)：開(kāi)關(guān)的開(kāi)通與關(guān)斷伴隨著(zhù)電壓和電流的劇烈變化，產(chǎn)生較大的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲。
(2)軟開(kāi)關(guān)：在主電路中加上小電感或電容等諧振元件，這樣開(kāi)關(guān)管的通、斷前后引入諧振，開(kāi)關(guān)條件得到改善，從而降低開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲。
2、電壓IGBT軟開(kāi)關(guān)
IGBT是功率MOSFET和雙極型晶體管組成的復合器件，IGBT比起MOSFET的優(yōu)越性在于它可以節約硅片的面積及具有雙極型晶體管的電流特性。
3、電路組成
感應加熱電源隨著(zhù)工業(yè)的發(fā)展要求，其功率越做越大。這樣，在中小功率場(chǎng)合廣泛應用的MOSFET已不能滿(mǎn)足功率要求。在高壓大功率的電源上，IGBT成為主角�？墒荌GBT具
有較大的功率損耗。我們在移相全橋PWM硬開(kāi)關(guān)的基礎上，增加一個(gè)諧振電感，形成了應用IGBT的PB—ZVS—PWM變換器。
4、輸入低電壓限制
該電源的最低輸入電壓為320V，當輸入的電壓低于正常工作需要的最低電壓時(shí)，正常的情況下一般要進(jìn)行關(guān)機操作，但是，這樣會(huì )使電壓型控制的電源進(jìn)入“閉鎖”模式，即輸出的占空比達到最大值，無(wú)法對輸出進(jìn)行調節，當輸入電壓又回到正常值時(shí)，就會(huì )損壞電源和負載。另外，輸入電壓越低，通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管的電流就‘越大，會(huì )使開(kāi)關(guān)管因功耗過(guò)大而損壞，為此我們在輸入端上用一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器而很好地解決了此問(wèn)題。
三、IGBT的驅動(dòng)保護
用IGBT作電源，工作在高速大功率開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，要使它安全可靠的
工作，必須合理設計驅動(dòng)電路，根據IGBT的特點(diǎn)，我們在設計時(shí)主要考慮了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
(1)選擇合適的柵極正向驅動(dòng)
電壓：從減小通態(tài)損耗的角度考慮，柵極正向電壓越高越好，但是，過(guò)高的正向柵極電壓將降低IGBT的短路承受能力，因此，我們采用折中的方法，取了一個(gè)15V左右的電壓，收到了較好的效果。
(2)加入5V反偏電壓，利于IG—BT的快速關(guān)斷：本條內容已在2.2中提到。
(3)為了改善控制脈沖的前沿陡度和防止振蕩，減少I(mǎi)GBT集電極大的電壓尖脈沖，根據IGBT電流容量和電壓額定值及開(kāi)關(guān)頻率的不同，選擇合適的柵極串聯(lián)電阻值。
(4)為了阻止當集射極間加有高壓時(shí)易受外界干擾而使柵射電壓過(guò)高引起器件誤導通的現象發(fā)生。在柵射間并接入一個(gè)柵射電阻解決了此問(wèn)題。另外，為了防止柵極驅動(dòng)電路出現高壓尖峰，我們在柵射間并接了兩只反向串聯(lián)的穩壓二極管，其穩壓值與正柵壓和負柵壓相同，但方向相反。
(5)IGBT超音頻感應加熱頻繁起停，需要對功率器件IGBT進(jìn)行過(guò)流保護，IGBT一般能抵抗約10us的短路電流。我們通過(guò)采取對過(guò)流信號延遲搜索的方法，即當過(guò)流故障信號來(lái)臨時(shí)，先將柵壓從+15V降至某一設定值，延時(shí)10斗s左右，再進(jìn)行檢測，若故障已消失，柵壓又自動(dòng)恢復到+15V左右，若仍處于過(guò)流狀態(tài)，則將柵壓降至零伏或以下，使IGBT截止。
四、結語(yǔ)
進(jìn)入21世紀以來(lái)，作為強電一弱電接口、推進(jìn)現代先進(jìn)制造技術(shù)關(guān)鍵的電力電子正方興未艾地在世界上發(fā)展。今后十年是中國社會(huì )從小康走向初步富裕的重要時(shí)期，作為一個(gè)發(fā)展中國家，發(fā)展電力電子正是完成工業(yè)化、推廣信息化的重大舉措。我們將看到今后十年有關(guān)電力電子的新思想、新理論、新技術(shù)、新材料、新產(chǎn)品、新應用將在政產(chǎn)學(xué)研各界的共同努力下，不斷涌現，為持續造福于人民做出應有貢獻. |
