IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極結(jié)型晶體管)和MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。BJT飽和壓降低，載流密度大，但需要較大的驅(qū)動(dòng)電流；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。通常所說(shuō)的IGBT，包括IGBT分立器件或IGBT模塊。IGBT廣泛應(yīng)用于軌道交通、工業(yè)、新能源發(fā)電、汽車等領(lǐng)域。今天我們一起來(lái)了解應(yīng)用于軌道牽引中的IGBT模塊。
圖? 有軌電車牽引系統(tǒng)，來(lái)源：經(jīng)緯軌道
1.什么是牽引級(jí)IGBT模塊
牽引級(jí)IGBT模塊是現(xiàn)代軌道機(jī)車車輛牽引流變器中實(shí)現(xiàn)電能變換和功率輸出的核心功率器件，廣泛應(yīng)用于干線鐵路電力機(jī)車、高速/城際動(dòng)車組和城市軌道交通列車。牽引級(jí)IGBT模塊符合鐵路牽引應(yīng)用要求，符合IRIS標(biāo)準(zhǔn)（International Railway Industry Standard，國(guó)際鐵路產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。
2.牽引級(jí)IGBT?VS工業(yè)級(jí)IGBT
與工業(yè)級(jí)IGBT模塊相比，牽引級(jí)IGBT模塊需要應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的工況和應(yīng)用環(huán)境，包括供電電網(wǎng)電壓波動(dòng)、頻繁劇烈的負(fù)載變化、高溫和嚴(yán)寒氣候、振動(dòng)和沖擊環(huán)境等，對(duì)牽引級(jí)IGBT模塊的動(dòng)靜態(tài)特性、高低溫性能、安全工作區(qū)、工作結(jié)溫和功率損耗、壽命和可靠性等提出了更高的要求。
表??牽引級(jí)IGBT和工業(yè)級(jí)IGBT模塊的生產(chǎn)工藝比較
3.牽引級(jí)IGBT模塊的發(fā)展方向
我國(guó)軌道交通電力牽引應(yīng)用具有“高速”和“重載’的特點(diǎn)，“復(fù)興號(hào)”中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組列車的運(yùn)營(yíng)速度高達(dá)350 km/h，“和諧號(hào)”大功率電力機(jī)車具備牽引萬(wàn)噸級(jí)貨運(yùn)列車的能力?！案咚佟焙汀爸剌d”的運(yùn)用工況要求牽引由機(jī)能發(fā)揮更高的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，對(duì)牽引變流器提出了更大的輸出功率要求。
圖?復(fù)興號(hào)，來(lái)源：中車青島四方網(wǎng)站
牽引變流器通常運(yùn)行在高電壓和大電流的工況，IGBT模塊工作在開關(guān)狀態(tài)，要求能夠阻斷高電壓和開關(guān)大電流，尤其對(duì)于在高緯度和高海拔地區(qū)運(yùn)用的高寒型電力機(jī)車和動(dòng)車組列車，對(duì)IGBT耐受低溫環(huán)境和抗輻射性能的考驗(yàn)更為嚴(yán)苛，要求IGBT 在全溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定可靠的高阻斷電壓能力。
為了適應(yīng)大功率牽引應(yīng)用工況和鐵路運(yùn)輸環(huán)境，牽引級(jí)IGBT模塊向著更高的功率密度和集成度、更高的工作結(jié)溫、更優(yōu)的安全工作區(qū)性能、更長(zhǎng)的使用壽命和更高的可靠性方向發(fā)展。
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