IGBT模塊在電動(dòng)汽車中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,是電動(dòng)汽車及充電樁等設(shè)備的核心技術(shù)部件。IGBT模塊占電動(dòng)汽車成本將近10%,占充電樁成本約20%。IGBT主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域中以下幾個(gè)方面:
電動(dòng)控制系統(tǒng)大功率直流/交流(DC/AC)逆變后驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī)。
車載空調(diào)控制系統(tǒng)小功率直流/交流(DC/AC)逆變,使用電流較小的IGBT和FRD。
充電樁智能充電樁中IGBT模塊被作為開(kāi)關(guān)元件使用。
在IGBT使用過(guò)程中,可以通過(guò)控制其集-射極電壓UCE和柵-射極電壓UGE的大小,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT導(dǎo)通/關(guān)斷/阻斷狀態(tài)的控制。
1)當(dāng)IGBT柵-射極加上加0或負(fù)電壓時(shí),MOSFET內(nèi)溝道消失,IGBT呈關(guān)斷狀態(tài)。
2)當(dāng)集-射極電壓UCE<0時(shí),J3的PN結(jié)處于反偏,IGBT呈反向阻斷狀態(tài)。
3)當(dāng)集-射極電壓UCE>0時(shí),分兩種情況:
若柵-射極電壓UGE<Uth,溝道不能形成,IGBT呈正向阻斷狀態(tài)。
若柵-射極電壓UGE>Uth ,柵極溝道形成,IGBT呈導(dǎo)通狀態(tài)(正常工作)。此時(shí),空穴從P+區(qū)注入到N基區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制,減少N基區(qū)電阻RN的值,使IGBT通態(tài)壓降降低。
從功能上來(lái)說(shuō),IGBT就是一個(gè)電路開(kāi)關(guān),優(yōu)點(diǎn)就是用電壓控制,飽和壓降小,耐壓高。用在電壓幾十到幾百伏量級(jí)、電流幾十到幾百安量級(jí)的強(qiáng)電上的。而且IGBT不用機(jī)械按鈕,它是由計(jì)算機(jī)控制的。所以有了IGBT這種開(kāi)關(guān),就可以設(shè)計(jì)出一類電路,通過(guò)計(jì)算機(jī)控制IGBT,把電源側(cè)的交流電變成給定電壓的直流電,或是把各種電變成所需頻率的交流電,給負(fù)載使用。這類電路統(tǒng)稱變換器。
三相380V輸入電壓經(jīng)過(guò)整流和濾波后,直流母線電壓的值:在開(kāi)關(guān)工作的條件下,IGBT的額定電壓一般要求高于直流母線電壓的兩倍,根據(jù)IGBT規(guī)格的電壓等級(jí),選擇1200V電壓等級(jí)的IGBT。
以30kW變頻器為例,負(fù)載電流約為79A,由于負(fù)載電氣啟動(dòng)或加速時(shí),電流過(guò)載,一般要求1分鐘的時(shí)間內(nèi),承受1.5倍的過(guò)流,擇負(fù)載電流約為119A ,建議選擇150A電流等級(jí)的IGBT。