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通常采用计算和实验相结合的方法,确定缓冲元件的参数。CS选取3~5uF/1200V的电解电容,RS选用62/150W的无感电阻。在开关电源中,逆变电路中二极管除整流作用外,还起电压嵌位和续流作用,二极管在正向偏置时,呈高阻状态,近似开路。二极管从低阻转变成高阻或从高阻转变成低阻并不是瞬间完成的,普通二极管的反向恢复时间较长,不适应高频开关电路的要求,需要使用快速恢复二极管。系统阻容吸收电路中采用IXYS公司的DSE12X快速恢复二极管模块,其恢复时间在60ns左右。由电路产生的PWM脉冲,不能直接驱动大功率器件,为确保功率管的开关准确可靠,IGBT驱动放大电路采用三菱公司的M57962L,它采用+15V-15V双电源供电。
能大电流通过和低的导通压降,损耗小,发热量小;在开关状态转换时,具有短的开、关时间,即开关频率高,而且能承受高的du/dt;全控功能,寿命长、结构紧凑、体积小等特点,当然还要求成本低。我们以设计一台中压变频器为例来学如何选择IGBT模块和计算相关的参数,假设变频器的直流工作电压为3600V,电机功率因数为0.8,载波频率为3kHz,输出频率为50Hz,采用下列公式分别用不同功率开关器件构成变频器的一个开关组件的指标进行估算。以400A的峰值电流Icp计算,θ——输出电压与电流之间的相位角(功率因数=θcos将D取0.5,首先以1700V、3300V、6500V的IGBT进行比较。为使中压变频器达到3600V的工作电压。
继而变化成弱穿通(LPT)结构,这就使安全工作区(SOA)得到同表面栅结构演变类似的改善。这次从穿通(PT)型技术*到非穿通(NPT)型技术,是*基本的,也是很重大的概念变化。这就是:穿通(PT)技术会有比较高的载流子注入系数,而由于它要求对少数载流子寿命进行控制致使其输运效率变坏。另一方面,非穿通(NPT)技术则是基于不对少子寿命进行杀伤而有很好的输运效率,不过其载流子注入系数却比较低。进而言之,非穿通(NPT)技术又被软穿通(LPT)技术所代替,它类似于某些人所谓的“软穿通”(SPT)或“电场截止”(FS)型技术,这使得“成本—性能”的综合效果得到进一步改善。1996年,CSTBT(载流子储存的沟槽栅双极晶体管)使第5代IGBT模块得以实现[6]。
控制电路的工作过程为:经PI调节器作用后的信号输入到TL494内部,TL494输出PWM脉冲,其占空比由PI调节器输出信号的大小来决定,具有一定占空比的PWM脉冲经EXB840作用后驱动IGBT,从而实现变压器输出电压的稳定调节。高压电源在工作时,电源的内部会产生过电压或过电流,以致损坏电源或IGBT,因此必须设置保护电路来保证电源的安全。电子束焊接电源设置了过压保护、梯度上升及下降电路和过流保护电路。过流保护采用了三级保护:*级是EXB840电路本身的过流保护检测功能,即在IGBT过流时,IGBT驱动模块的6脚会检测到过流信号而直接封锁输出脉冲,关断IGBT,同时EXB840的4脚输出过流信号给PLC。
硅芯片的结构是一种较厚的NPT(非穿通)型设计。后来,通过采用PT(穿通)型结构的方法得到了在参数折衷方面的一个显著改进,这是随着硅片上外延的技术进步,以及采用对应给定阻断电压所设计的n+缓冲层而进展的[3]。几年当中,这种在采用PT设计的外延片上制备的DMOS平面栅结构,其设计规则从5微米*到3微米。90年代中期,沟槽栅结构又返回到一种新概念的IGBT,它是采用从大规模集成(LSI)工艺借鉴来的硅干法刻蚀技术实现的新刻蚀工艺,但仍然是穿通(PT)型芯片结构。[4]在这种沟槽结构中,实现了在通态电压和关断时间之间折衷的更重要的改进。硅芯片的重直结构也得到了急剧的转变,先是采用非穿通(NPT)结构。