逆变器核心开关器件IGBT的应用特点、可靠性

本文研究了逆变器核心开关器件IGBT主要参数的选择， 分析三相逆变电路拓扑及功率器件IGBT的应用特点，根据其特点选择合适额定电压，额定电流和开关参数。以及优化设计栅电压，克服Miller效应的影响，确保在IGBT应用过程中的可靠性。

前言

伴随科学技术的发展和低碳经济的要求，逆变器在各行各业中应用飞速发展，而IGBT是目前逆变器中使用的主流开关器件，也在逆变结构中起核心作用。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率，改善用电质量。新型IGBT逆变技术是推动我国低碳经济发展战略的突破口，同时缓解能源，资源和环境等方面的压力，加快转变经济增长方式，促进信息化带动工业化， 提高国家经济安全性，起着重要作用，因此，IGBT在逆变器中的正确选择与使用，有着举足轻重的作用。逆变技术对IGBT的参数要求并不是一成不变的，逆变技术已从硬开关技术，移相软开关技术发展到双零软开关技术，各个技术之间存在相辅相成的纽带关系， 同时具有各自的应用电路要求特点，因而，对开关器件的IGBT的要求各不相同。而IGBT正确选择与使用尤为重要。

1 IGBT额定电压的选择

三相380V输入电压经过整流和滤波后，直流母线电压的最大值：

在开关工作的条件下，fGBT的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍，根据IGBT规格的电压等级，选择1 200V电压等级的IGBT。

2 IGBT额定电流的选择

以30kW变频器为例，负载电流约为79A，由于负载电气启动或加速时，电流过载，一般要求1分钟的时间内，承受1.5倍的过流，择最大负载电流约为119A ，建议选择150A电流等级的IGBT。

3 IGBT开关参数的选择

变频器的开关频率一般小于10 kH Z，而在实际工作的过程中，fGBT的通态损耗所占比重比较大，建议选择低通态型IGBT，以30 kW ，逆变频率小于10kH z的变频器为例，选择IGBT的开关参数见表1。

4 影响IGBT可靠性因素

1）栅电压。

IGBT工作时，必须有正向栅电压，常用的栅驱动电压值为15～187，最高用到20V， 而棚电压与栅极电阻Rg有很大关系，在设计IGBT驱动电路时， 参考IGBT Datasheet中的额定Rg值，设计合适驱动参数，保证合理正向栅电压。因为IGBT的工作状态与正向棚电压有很大关系，正向栅电压越高，开通损耗越小，正向压降也咯小。

在桥式电路和大功率应用情况下，为了避免干扰，在IGBT关断时，栅极加负电压，一般在-5- 15V，保证IGBT的关断，避免Miller效应影响。

2）Miller效应。

为了降低Miller效应的影响，在IGBT栅驱动电路中采用改进措施：（1）开通和关断采用不同栅电阻Rg,on和Rg,off，确保IGBT的有效开通和关断；（2）栅源间加电容c，对Miller效应产生的电压进行能量泄放；（3）关断时加负栅压。在实际设计中，采用三者合理组合，对改进Mille r效应的效果更佳。

5 结束语

（1）IGBT是逆变器主要使用的主要功率开关器件，也是逆变器中主要工作器件，合理选择IGBT是保证IGBT可靠工作的前提，同时，要根据三相逆变电路结构的特点，选择低通态型IGBT为佳。

（2）根据IGBT的棚特性。合理设计栅驱动结构， 保证IGBT有效的开通和关断， 降低Miller效应的影响。