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长光电池公司国产IGBT模块性能分析


CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司通过对IGBT模块的主要特性和应用关键点进行分析,针对国外和国产IGBT模块的单体,以及在UPS中应用的情况测试对比,并在UPS上进行小批量可靠性验证,最终实现国产IGBT在UPS中的产业化应用。


IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是一种MOSFET与双极晶体管复合的器件。它既有功率MOSFET易于驱动、控制简单、开关频率高的优点,又有功率晶体管的导通电压低、通态电流大、损耗小的显著优点。IGBT应用领域广泛,堪称现代功率变流装置的“心脏”和绿色高端产业的“核心”。从传统的电力、机械、矿冶,到轨道交通、航空航天、新能源装备以及特种设备等战略性新兴产业,都有它的身影。因此,从国家安全长远考虑,IGBT不能完全依赖进口。
  
  
CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司目前国外生产IGBT的公司基本上都已经掌握了FS+沟槽栅IGBT技术,且芯片生产线能够满足现代IGBT技术要求,根据不同的应用要求,推出不同系列不同技术规格的600~6500VIGBT分立器件及模块。由于设备及工艺水平等因素的影响,国内600VIGBT技术还停留在PT型结构。
  
  1200~1700VIGBT技术水平还处在NPT+平面栅或者NPT+沟槽栅技术水平,且真正意义上实现量产IGBT的企业不多。大多数芯片代工厂只能进行芯片正面工艺加工,极少数能进行IGBT全流程加工。与国外公司相比,国产IGBT模块的系列化方面还需要大大加强,要针对不同的应用领域,推出不同的IGBT模块。
  
  
CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司IGBT的国产化不仅是本身技术的突破问题,还需要与IGBT使用客户进行磨合,并非一蹴而就;而行业未来的技术创新突破,将推动中国IGBT市场出现“进口替代”的现象;为促进在UPS行业的IGBT国产化应用,扶持IGBT国产化、规避IGBT依赖进口的供应风险,进行国产IGBT在UPS上的适应性分析和批量应用验证显得尤为必要。
  
  1 IGBT应用需要分析的主要特性
  
  1.1 UCE-IC特性
  
  
CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司UCE-IC特性(一般称为输出特性)的UGE依存性如图1所示。因为该特性表示IGBT在导通状态下集电极-发射极电压(UCE)和集电极电流(IC)的关系,所以形成了在导通状态下IGBT中发生的损耗。然而,虽然UCE越低,产生的损耗就越小,但是由于该特性会随着结温(Tj)和UGE的变化而变化;一般情况下,推荐在UGE=15V时,UPS的最大输出电流在小于和等于元件的标称额定电流值的情况下使用。
  
  
CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司1.2 开关特性
  
  开关特性大致可分为开关时间和开关损耗两方面。
  
  
CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司开关时间随着集电极电流(Ic)、结温(Tj)、门极电阻(Rg)的变化而变化,在UPS应用时要予以充分考虑。比如在开关时间变长(Rg较大等)的条件下使用,可能出现由于死区时间不足而引发桥臂直通短路等不良情况。瞬态电流的变化(dic/dt)变大,由于电路中的寄生电感(Ls)而产生的尖峰电压(=Ls×dic/dt)超出了RBSOA范围而使元件遭到破坏;开关时间与门极电阻的关系如图2所示。
            
  开关损耗(Eon、Eoff、Err)是在IGBT开关时(开通、关断时)发生的。此特性如图3所示。随结温(Tj)、驱动电阻(Rg)的变化而变化。其中特别是对Rg的选择非常重要,若过大不仅会使开关损耗变大,更容易引起前述的由于死区时间不足而产生的桥臂直通短路现象。反之,为降低开关损耗而减小Rg时,有可能出现前述的过高的尖峰电压(=Ls×dic/dt)问题。由此可知,在选定Rg时主电路寄生电感(Ls)值非常重要,该值越小越好。


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