基于能源变换IGBT应用技术研究

谢稳

摘要：从当前IGBT的发展情况来看，其在可再生能源系统中发挥了较大的价值。电力是当前我国工业发展的重中之重。要想有效降低国内生产总值能源消耗的总量，就要从工业生产的过程着手。采取有效的措施控制大电流和高电压机械设备的实际功耗。IGBT应用技术同时具有MOSFET的高速性能和双极型功率晶体管的低电阻性能。这两个主要性能决定了IGBT应用技术在交流控制中的重大作用，是实现降低能源消耗的重要工具。

关键词：能源；消耗；IGBT；技术；现状

一、我国IGBT应用技术的研究现状

IGBT应用技术属于功率器件技术发展演变的必然结果。也将会成为将来功率器件发展的主要方向。它充分满足当前时代对降耗、节能、环保的需求，有效实现经济增长与环境保护的和谐发展。被研究者认为是电力电子技术革命当中的重要成果。我国政府已经看到IGBT应用技术的重要价值，并推出一系列的政策支持技术的国产化。我国国家发改委积极表明态度，为研发IGBT应用技术提供了大量的资金扶持。但是，从当前我国IGBT应用技术的发展情况来看，无论是在技术手段、机械设备，还是技术人才上，都不容乐观。我国早在“八五”和“九五”期间就作出了技术样品，但是这个样品在很长时间内都没有得到研发生产。在1997年，我国的西安电力电子技术研究所研制出了1050V/20A的PTIGBT樣品。而且其在少子寿命控制技术方面也取得了较好的成果。在2000年，我国的电子科技法学微电子所也曾研制出了1200V/20A SDBIGBT的样品。这在当时是具有重大意义的，引起了相关研究者的普遍关注。在2001年，我国的北京工業大学展开了对NPTIGBT的研究。该项研究突出的成就就是对新结构IGBT进行了仿真处理。这在当时是具有一定进步意义的，为后来IGBT应用技术的发展指明了道路。在2004年，我国的西安交通大学对NPTTrenchIGBT工艺展开了有效探究。该项研究较为突出的一点就是采用了全自对准槽栅工艺，只用了两块掩模，完成了一项较大规模集成电路的LDD工艺制作，这项研究受到了许多研究者的关注，并获得了国家的发明专利。IGBT应用技术发展到现在也取得了一些较好的成绩，但是在市场运用当中，还存在较大缺陷，这是我们必须要着重关注的方面。

二、能源变换IGBT应用技术的运用

在2007年慕尼黑电子展会上，三菱电机、赛米控、富士电机、英飞凌半导体等企业都向观众展示了其最新研发出的IGBT产品。代表了近些年IGBT应用技术的运用状况。三菱电机企业向大家展示了其最新研发的第五代高性能、低能耗的功率模块（IPM）。在该功率模块当中，精彩之处在于使用了新沟槽型IGBT硅片。绝缘电压最高可以达到2500V，但是与第一代产品相比，其功耗却降低了70%，而且体积较小，便于操作。在该项研究成果当中，有效采用了7单元和6单元紧凑封装的方式，使得其性能更加稳定，功耗降低。ASIC控制di/dt减少EMI；该企业的研究者还巧妙的在硅片上安装了温度传感器，使得该工艺对温度的控制更加准确，能够有效采取过温保护措施。在对电流进行处理时，该企业将制动IGBT的额定电流提升到逆变IGBT的50%左右，其最大的输出电流可以高达900A，充分突出了该技术的功能价值。在采用有效的技术方式处理之后，其开关的频率也大大增加，最高可以升至20kHz。除此之外，三菱电机独创性的一点在于，其在IGBT硅片上集成了方向导通二极管，而且在研究者的共同努力在，成功地研发出了反向导通RCIGBT，在当时具有十分巨大的意义。而且，RCIGB的投入使用，有效节省了内置硅片和配线，增加产品的经济效益。其内部采用的散热优化封装结构大大减少了产品的热阻。而且，在该模块的外部端子部分，采用了无铅焊料作为其电镀层，不仅效果较好，而且节能环保。除此之外，其内部的焊接也采用了无铅材料。

在此项展会当中，英飞凌科企业向大家展示了专为牵引驱动而优化的全新IHM/IHV B系列IGBT功率模块和紧凑型PrimePACKTMIGBT模块系列。这与传统的变频器相比，是具有一定创造性的。这种全新高功率模块工艺所涉及的变频器，可以实现提升50%的功率。除此之外，在同等条件下，其输出电流最高可以提升50%。IHM/IHV B系列具有较好的性能，其与IMHA系列能够实现完全融合。使用该系列的用户可以根据自己的需求，在不改变产品结构的情况下进行更新换代。B系列热阻性能方面做出了有效的改进。除此之外，全新的B系列模块在实际使用中，能够有效满足电力机车或者电车牵引驱动装置等的需求，能够有效保障其性能的稳定性。在提升电力机车或电车牵引驱动装置进行启动和停止操作时，为了有效提升热循环的能力，B系列模块当中加入了碳化硅铝基板。该基板能够与氮化铝衬底配合使用，有效降低热循环，提升机器设备的耐用性。英飞凌科企业使用铜基板的IHM/IHV B模块，在工业传动、风力发电上发挥了巨大的作用，经过有效处理，其电流最高可以实现3600A，电压最高可以实现3300V。

三、结语

电力是维持我国社会生产和社会生活稳定进行的重要力量。在社会经济不断发展的条件下，我国之前用于工业生产的能源消耗巨大。为了实现长期稳定持续发展，必须要不断开发新能源，代替旧能源，研发新技术，代替旧技术。研究者的一切创新都会将节能、降耗、环保当做重要的出发点和落脚点。IGBT应用技术的使用，不仅能够有效保障电力等相关生产的稳定性，其降低大电流、高电压应用功耗的作用，还符合当前社会节能环保理念的要求。从当前我国IGBT应用技术的研究开发情况来看，与西方国家相比还存在一定的缺陷。相关研究者在今后的研究中，要积极做好IGBT应用技术的创新工作，坚持提升机械设备工作效率、节能环保的理念，有效促进社会的和谐可持续发展。

参考文献：

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[2]陈明.IGBT双管模块驱动保护电路的研制与应用[D].华北电力大学（北京），2005.

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