基于能源變換IGBT應用技術研究

謝穩

摘要：從當前IGBT的發展情況來看，其在可再生能源系統中發揮了較大的價值。電力是當前我國工業發展的重中之重。要想有效降低國內生產總值能源消耗的總量，就要從工業生產的過程著手。采取有效的措施控制大電流和高電壓機械設備的實際功耗。IGBT應用技術同時具有MOSFET的高速性能和雙極型功率晶體管的低電阻性能。這兩個主要性能決定了IGBT應用技術在交流控制中的重大作用，是實現降低能源消耗的重要工具。

關鍵詞：能源；消耗；IGBT；技術；現狀

一、我國IGBT應用技術的研究現狀

IGBT應用技術屬于功率器件技術發展演變的必然結果。也將會成為將來功率器件發展的主要方向。它充分滿足當前時代對降耗、節能、環保的需求，有效實現經濟增長與環境保護的和諧發展。被研究者認為是電力電子技術革命當中的重要成果。我國政府已經看到IGBT應用技術的重要價值，并推出一系列的政策支持技術的國產化。我國國家發改委積極表明態度，為研發IGBT應用技術提供了大量的資金扶持。但是，從當前我國IGBT應用技術的發展情況來看，無論是在技術手段、機械設備，還是技術人才上，都不容樂觀。我國早在“八五”和“九五”期間就作出了技術樣品，但是這個樣品在很長時間內都沒有得到研發生產。在1997年，我國的西安電力電子技術研究所研制出了1050V/20A的PTIGBT樣品。而且其在少子壽命控制技術方面也取得了較好的成果。在2000年，我國的電子科技法學微電子所也曾研制出了1200V/20A SDBIGBT的樣品。這在當時是具有重大意義的，引起了相關研究者的普遍關注。在2001年，我國的北京工業大學展開了對NPTIGBT的研究。該項研究突出的成就就是對新結構IGBT進行了仿真處理。這在當時是具有一定進步意義的，為后來IGBT應用技術的發展指明了道路。在2004年，我國的西安交通大學對NPTTrenchIGBT工藝展開了有效探究。該項研究較為突出的一點就是采用了全自對準槽柵工藝，只用了兩塊掩模，完成了一項較大規模集成電路的LDD工藝制作，這項研究受到了許多研究者的關注，并獲得了國家的發明專利。IGBT應用技術發展到現在也取得了一些較好的成績，但是在市場運用當中，還存在較大缺陷，這是我們必須要著重關注的方面。

二、能源變換IGBT應用技術的運用

在2007年慕尼黑電子展會上，三菱電機、賽米控、富士電機、英飛凌半導體等企業都向觀眾展示了其最新研發出的IGBT產品。代表了近些年IGBT應用技術的運用狀況。三菱電機企業向大家展示了其最新研發的第五代高性能、低能耗的功率模塊（IPM）。在該功率模塊當中，精彩之處在于使用了新溝槽型IGBT硅片。絕緣電壓最高可以達到2500V，但是與第一代產品相比，其功耗卻降低了70%，而且體積較小，便于操作。在該項研究成果當中，有效采用了7單元和6單元緊湊封裝的方式，使得其性能更加穩定，功耗降低。ASIC控制di/dt減少EMI；該企業的研究者還巧妙的在硅片上安裝了溫度傳感器，使得該工藝對溫度的控制更加準確，能夠有效采取過溫保護措施。在對電流進行處理時，該企業將制動IGBT的額定電流提升到逆變IGBT的50%左右，其最大的輸出電流可以高達900A，充分突出了該技術的功能價值。在采用有效的技術方式處理之后，其開關的頻率也大大增加，最高可以升至20kHz。除此之外，三菱電機獨創性的一點在于，其在IGBT硅片上集成了方向導通二極管，而且在研究者的共同努力在，成功地研發出了反向導通RCIGBT，在當時具有十分巨大的意義。而且，RCIGB的投入使用，有效節省了內置硅片和配線，增加產品的經濟效益。其內部采用的散熱優化封裝結構大大減少了產品的熱阻。而且，在該模塊的外部端子部分，采用了無鉛焊料作為其電鍍層，不僅效果較好，而且節能環保。除此之外，其內部的焊接也采用了無鉛材料。

在此項展會當中，英飛凌科企業向大家展示了專為牽引驅動而優化的全新IHM/IHV B系列IGBT功率模塊和緊湊型PrimePACKTMIGBT模塊系列。這與傳統的變頻器相比，是具有一定創造性的。這種全新高功率模塊工藝所涉及的變頻器，可以實現提升50%的功率。除此之外，在同等條件下，其輸出電流最高可以提升50%。IHM/IHV B系列具有較好的性能，其與IMHA系列能夠實現完全融合。使用該系列的用戶可以根據自己的需求，在不改變產品結構的情況下進行更新換代。B系列熱阻性能方面做出了有效的改進。除此之外，全新的B系列模塊在實際使用中，能夠有效滿足電力機車或者電車牽引驅動裝置等的需求，能夠有效保障其性能的穩定性。在提升電力機車或電車牽引驅動裝置進行啟動和停止操作時，為了有效提升熱循環的能力，B系列模塊當中加入了碳化硅鋁基板。該基板能夠與氮化鋁襯底配合使用，有效降低熱循環，提升機器設備的耐用性。英飛凌科企業使用銅基板的IHM/IHV B模塊，在工業傳動、風力發電上發揮了巨大的作用，經過有效處理，其電流最高可以實現3600A，電壓最高可以實現3300V。

三、結語

電力是維持我國社會生產和社會生活穩定進行的重要力量。在社會經濟不斷發展的條件下，我國之前用于工業生產的能源消耗巨大。為了實現長期穩定持續發展，必須要不斷開發新能源，代替舊能源，研發新技術，代替舊技術。研究者的一切創新都會將節能、降耗、環保當做重要的出發點和落腳點。IGBT應用技術的使用，不僅能夠有效保障電力等相關生產的穩定性，其降低大電流、高電壓應用功耗的作用，還符合當前社會節能環保理念的要求。從當前我國IGBT應用技術的研究開發情況來看，與西方國家相比還存在一定的缺陷。相關研究者在今后的研究中，要積極做好IGBT應用技術的創新工作，堅持提升機械設備工作效率、節能環保的理念，有效促進社會的和諧可持續發展。

參考文獻：

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