IEGT 新型功率器件的结构与特点

2017-06-04 70 0

在交通、钢铁、电力等国民经济基础工业部门,高压大容量变频器对可靠性的要求特别高。目前这类高压变频器仍以 GTO 与光控晶闸管等大容量电流驱动型电力电子器件为主导,其中 GTO 发展较快、6 kV 级器件已实用化。但其最大缺点是需配以大容量浪涌电路与电抗器,外围电路体积非常大、使用不便。

IGBT 在中小型低压变频器中应用广泛,外围电路简单、体积小、损耗低、控制方便;但若将这种低压器件用于高压变频器,须多个串并联才能耐高压,使变频器结构复杂、元件数多、易出故障。因此迫切希望开发高耐压、大容量的 IGBT 新器件。从元件设计角度看,若单纯把 IGBT 电压提高到数千伏而制造技术与构造不变,会使稳态损耗增大、通态电压降升高,使变频器功耗大大增加。

新型 IEGT 器件是一种“电子加强注入型绝缘栅极晶体管”,IEGT 是英文 Injection Enhanced Gate Transistor 的缩写,意为促进电子注入栅极晶体管。它融合 IGBT 与 GTO 器件的优点,维持 IGBT 的开关特性,又有 GTO 的低通态电压值,既保持 IGBT 的优良关断特性,又使高压情况下通态电压降低。

新型大功率开关器件 IEGT 的基本单元结构与等效电路如图1-30 所示。图1-30(a) 为 IEGT 的基本结构单元与阴极发射极附近的电子浓度分布,图1-30(b) 为等效电路,相当于 pin 二极管与 MOS 器件串联。IEGT 是电压驱动型、带 MOS 栅极(Metal Oxide Semiconductor)能控制大电流的电力电子新器件,其栅极采用 IE 技术(IE:电子加强注入),故具有与 IGBT 相同的电压驱动特性而通态电压大大降低。

图1-30 IEGT 的基本单元结构与等效电路图

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