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)體場效應(yīng)晶體管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(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。BJT飽和壓降低，載流密度大，但需要較大的驅(qū)動電流；MOSFET驅(qū)動功率很小，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，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。通常所說的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)，來源：經(jīng)緯軌道
1.什么是牽引級IGBT模塊
牽引級IGBT模塊是現(xiàn)代軌道機車車輛牽引流變器中實現(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車、高速/城際動車組和城市軌道交通列車。牽引級IGBT模塊符合鐵路牽引應(yīng)用要求，符合IRIS標準（International Railway Industry Standard，國際鐵路產(chǎn)業(yè)標準）。
2.牽引級IGBT?VS工業(yè)級IGBT
與工業(yè)級IGBT模塊相比，牽引級IGBT模塊需要應(yīng)對更加復(fù)雜的工況和應(yīng)用環(huán)境，包括供電電網(wǎng)電壓波動、頻繁劇烈的負載變化、高溫和嚴寒氣候、振動和沖擊環(huán)境等，對牽引級IGBT模塊的動靜態(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IGBT和工業(yè)級IGBT模塊的生產(chǎn)工藝比較
3.牽引級IGBT模塊的發(fā)展方向
我國軌道交通電力牽引應(yīng)用具有“高速”和“重載’的特點，“復(fù)興號”中國標準動車組列車的運營速度高達350 km/h，“和諧號”大功率電力機車具備牽引萬噸級貨運列車的能力。“高速”和“重載”的運用工況要求牽引由機能發(fā)揮更高的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，對牽引變流器提出了更大的輸出功率要求。
圖?復(fù)興號，來源：中車青島四方網(wǎng)站
牽引變流器通常運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，尤其對于在高緯度和高海拔地區(qū)運用的高寒型電力機車和動車組列車，對IGBT耐受低溫環(huán)境和抗輻射性能的考驗更為嚴苛，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)用工況和鐵路運輸環(huán)境，牽引級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、更長的使用壽命和更高的可靠性方向發(fā)展。
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：IGBT 模塊在軌道牽引中的應(yīng)用
