变频技术

IGBT 的基本特性分析

在通态中，IGBT 可按照“第一近似”和功率 MOSFET 驱动的 PNP 晶体管建模。假如阴极与阳极间压降不超过 0.7 V，即使栅信号使 MOSFET 沟道形成，集电极电流 IC 也无法流通。当沟道上电压大于 UGE-Uth 时电流处饱和状态、输出电阻无限大。由于 IGBT 结构中含有一个双极 MOSFET 与一个功率 MOSFET，其温度特性取决于二者（属性上具有对比性）的净效率。功率 MOSFET 温度系数为正、双极温度系数为负，描述了 UCE(sat) 作为集电极电流函数在不同结温下的…

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功率 MOSFET 的静态特性与动态特性

1. 静态特性MOSFET 的转移特性和输出特性如图1-2 所示。漏极电流 ID 与栅源电压 UGS 的关系称为转移特性，ID 较大时二者近似线性，曲线斜率定义为跨导 Gfs。图1-2 电力 MOSFET 的转移特性和输出特性MOSFET 的漏极伏安特性（输出特性）分几个区域：截止区（对应 GTR 截止区）、饱和区（对应 GTR 放大区）、非饱和区（对应 GTR 饱和区）。功率 MOSFET 工作在开关状态，即在截止区与非饱和区之间来回转换。功率 MOSFET 漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加…

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功率 MOSFET 动态性能限制及其改进

在应用器件时，除考虑电压、电流、频率外，还必须掌握如何保护器件不使其在瞬态变化中受损。晶闸管是两个双极型晶体管的组合，又加上大面积带来的大电容，其承受 du/dt 能力较脆弱；对 di/dt 还存在导通区扩展问题，因此有相当严格的限制。功率 MOSFET 的情况有很大不同，其 du/dt 及 di/dt 的能力常以每纳秒（而非每微秒）来估量；但即便如此，它也存在动态性能的限制，可从功率 MOSFET 的基本结构来理解。图1-4 是功率 MOSFET 的等效电路。应用中除考虑各部分电容外，还必须考…

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IGBT 的开通过程与时间参数

图1-18 IGBT 的开关过程IGBT 的开通过程与 MOSFET 相似，因为开通过程中 IGBT 在大部分时间作为 MOSFET 运行（如图1-18 所示）。开通延迟时间 td(on)：从 UGE 上升至其幅值 10% 的时刻，到 iC 上升至 10% ICM 的时刻。电流上升时间 tr：iC 从 10% ICM 上升至 90% ICM 所需时间。开通时间 ton：开通延迟时间与电流上升时间之和。UCE 的下降过程分为 tfv1 与 tfv2 两段：tfv1 为 IGBT 中 MOSFET …

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降低高压 MOSFET 导通电阻的原理与技术

在功率半导体器件中，MOSFET 以高速、低开关损耗、低驱动损耗在各种功率变换（特别是高频功率变换）中起重要作用。低压领域 MOSFET 没有竞争对手，但随 MOS 耐压提高，导通电阻以 2.4～2.6 次方增长，使制造者与应用者不得不以数十倍幅度降低额定电流，以折中额定电流、导通电阻与成本之间的矛盾。即便如此，高压 MOSFET 在额定结温下的导通电阻产生的导通压降仍居高不下：耐压 500 V 以上的 MOSFET 在额定结温、额定电流下导通电压很高，耐压 800 V 以上导通电压高得惊人，导…

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SA866DE 三相 PWM 波形发生器的特点

脉宽调制（PWM）技术广泛应用于交流电动机调速、开关电源、不间断供电（UPS）等领域，其中 PWM 信号的产生是关键。随电力电子技术不断发展与产品更新，其生成方式已由过去模拟法变成现在数字法。采用 MITEL 公司生产的三相 PWM 波形发生器 SA866DE，加少量外围器件和简单软件编程，即可实现全数字化变频电源，使变频电源具有电路结构简单、参数调整方便、输出波形特性好等优点。（1）SA866DE 的特点：1）无需微处理器的串行接口模式。SA866DE 的所有用户设定参数均存于外部 EEPRO…

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内建横向电场 MOSFET（COOLMOS）的主要特性

1. 导通电阻的降低英飞凌（INFINEON）内建横向电场的 MOSFET 耐压有 600 V 与 800 V 两种。与常规 MOSFET 相比：相同管芯面积时导通电阻分别下降到常规 MOSFET 的 1/5、1/10；相同额定电流时分别下降到 1/2 与约 1/3。在额定结温、额定电流条件下，导通电压分别从 12.6 V、19.1 V 下降到 6.07 V、7.5 V，导通损耗下降到常规 MOSFET 的 1/2 和 1/3。由于导通损耗降低、发热减少、器件相对较凉，故称 COOLMOS（co…

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SA866DE 芯片的工作原理与调制方式

1）PWM 产生逻辑PWM 发生器是实现脉冲序列的核心，脉冲调制信号通过比较输入参考波形与高频载波获得。SA866DE 采用异步不对称规则采样调制方法，工作波形如图4-2 所示。SA866DE 为用户提供的参考波形以数字形式存于片内 ROM 中，使用数字调制技术避免了模拟器件的漂移现象。三角波（载波）由上下计数器合成，并经数字比较器与调制波比较。调制波在每个载波波峰上升与下降沿都采样（称“双沿规则采样”），以数字形式存于片内 ROM（1536 个采样点/360°）。开关频率被 ROM 内特定地址…

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采用 SA866DE 芯片的变频调速驱动装置设计

图4-4 为采用 SA866DE 芯片设计的一套简单实用的变频调速驱动装置原理图。系统采用外接 EEPROM 方式，所选 EEPROM 为 Atmel 公司生产的 AT93LC46，所有可编程参数均存于 EEPROM 中；PAGE0、PAGE1 用来选择存储器 AT93LC46 的 4 个页面数据。系统上电或复位后，通过串行口自动下载。SA866DE 工作于模式 N3，RACC、RDEC 引脚接高电平，SERIAL 端悬空；IRIP 端接发光二极管用于显示系统故障。图4-4 采用 SA866DE…

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IGBT 驱动电路的设计要求与参数选取

功率器件的不断发展推动了其驱动电路的发展，相继出现许多专用驱动集成电路。IGBT 的触发和关断要求给栅极和基极之间加上正向电压与负向电压，栅极电压可由不同驱动电路产生。选择这些驱动电路时必须依据以下参数：器件关断偏置要求、栅极电荷要求、耐固性要求与电源情况。图1-19 典型的 IGBT 栅极驱动电路图1-19 为一典型 IGBT 驱动电路原理示意。因 IGBT 栅极—发射极阻抗大，可使用 MOSFET 驱动技术触发；但由于 IGBT 输入电容较 MOSFET 大，其关断偏压应比许多 MOSFET…

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