摘 要：本文闡述了目前變頻器應用中常用的幾種模塊，如IGCT、IEGT、GTO、IGBT。通過計算分析比較，得出IGBT是目前性價比較好的器件。 關鍵詞：IGBT模塊 計算 分析 [b]1、概述 [/b] 由于我國元器件工業落后，還不能生產高壓IGBT，西方國家仍對中國實行技術封鎖。比如6500V IGBT仍不向中國出口，且不論其價格不菲。在直接串聯技術選用什么樣的功率開關器件對決定變頻器的性價比至關重要。 目前可選的器件有好幾種，如IGCT、IEGT、GTO、IGBT，而IGBT則又分為1700V，3300V，6500V。而各器件廠家都宣稱自己的器件最好。到底選哪一種器件，其性價比較好，讓我們進行一些具體比較，比較的依據為各廠家產品樣本所列的技術參數。 [b]2、幾種常用的功率器件 [/b] 變頻器向前發展，一直是隨著電力電子器件的發展而發展。只要電力電子器件有了新的飛躍，變頻器就一定有個新飛躍，必定有新的變頻器出現。在20世紀50年代出現了硅晶閘管（SCR）；60年代出現可關斷晶閘管（GTO晶閘管）；70年代出現了高功率晶體管（GTR）和功率場效應管（MOSFET）；80年代相繼出現了絕緣柵雙極功率晶體管（IGBT）以及門控晶閘管（IGCT）和電力加強注入型絕緣柵極晶體管（IEGT），90年代出現智能功率模塊（IPM）。由于這些元器件的出現，相應出現了以這些逆變器件為主的變頻器，反過來，變頻器要求逆變器件有個理想的靜態特性：在阻斷狀態時，能承受高電壓；在導通狀態時，能大電流通過和低的導通壓降，損耗小，發熱量小；在開關狀態轉換時，具有短的開、關時間，即開關頻率高，而且能承受高的du/dt；全控功能，壽命長、結構緊湊、體積小等特點，當然還要求成本低。上述這些電力電子器件有些是滿足部分要求，有些是逐步向這個方向發展，達到完善的要求，特別是中（高）壓變頻器更需要耐壓高的元器件。 3、模塊選擇分析 3.1 相關定義及公式 我們以設計一臺中壓變頻器為例，直流工作電壓為3600V，。設電機功率因數為0.8，載波頻率為3kHz，輸出頻率為50Hz，采用下列公式分別用不同功率開關器件構成變頻器的一個開關組件的指標進行估算。以400A的峰值電流Icp計算，采用下列估算公式： 1、穩定功耗 2、開關功耗 3、總功耗 3.2 IGBT模塊計算分析 首先以1700V、3300V、6500V的IGBT進行比較。為使中壓變頻器達到3600V的工作電壓，需用4只1 700V的管子串聯，或者需2只3300V的管子串聯，6500V的管子不串聯。 （1）用4只1700V管子串聯，型號為FZ400R17E3，其相關技術數據如下： Uce（sat）=2.4V Esw（on） =150mJ Esw（off）=125mJ Pss=0.1425Î400Î2.4Î4=547.2W Psw=955.4Î（Esw（on）+Esw（off）Î4=955.4Î（0.15+0.125）Î4=1050W 則P c1=Pss+Psw=547.2+1050=1597W （2）用2只3300V IGBT串聯，型號為FF400R33KF2，其相關技術數據如下： Uce（sat）=2.8V Esw（on）=960Mj Esw（off ）=510mJ 則Psw=955.4Î（Esw（on）+Esw（off））Î2 =955.4Î（0.91+0.51）Î2=2808W Pss=0.1425Î400Î2.8Î2=319W Pc2=Pss+Psw=319+2808=3127W （3）用1只6500V的IGBT，型號為FZ400R65KF1，其相關技術數據如下： Uce（sat）=3.9V Esw（on）=4J Esw（off ）=2.3J 則 Pss=0.1425Î400Î3.9=222W Psw=955.4Î（4+2.3）=6019W Pc3=Pss+Psw=222+6019=6241W 3.3 IEGT模塊計算分析 將IEGT與1700V IGBT進行比較，其他條件不變。IEGT我們選擇ST750GXH21型號，其相關技術數據如下： Icp=750A Uce=4.5V Ucc=2400V Esw（on）=2.5J Esw（off ）=3J 則 Pss=0.1425ÎIcpÎUce（sat）=0.1425Î750Î4.5=481W Psw=955.4Î（Esw（on）+ Esw（off））=955.4Î（2.5+3）=5255W P c4=Pss+Psw=481+5255=5736W 因其工作電壓Ucc=2700V，則用3只FZ400R17E3串聯后兩串再并聯。 計算后功耗為：Pc5=2396W 4 結論 IGCT的情況比6500V IGBT或IEGT效果更差，這里不再對IGCT進行比較。 現在將上述計算結果進行對比，在完成完全相同的任務時，以1700V的IGBT器件為基準，不同電壓等級的器件消耗的功率之比率如下： 1700V IGBT Pc1/Pc1=1597÷1597=1 3300V IGBT Pc2/Pc1=3127÷1597=2 6500V IGBT Pc3/Pc1=6241÷1597=3.9 4500V IEGT Pc4/Pc5=5736÷2396=2.39 從上述計算中，可以看出，6KV、10KV高壓變頻器用1700V的IGBT串聯，有特別明顯的優勢： 1、在相同的損耗下，低壓IGBT可以獲得更高的開關頻率，從而獲得更好的輸出電壓波形。反之，其他器件開關損耗大了，散熱成了大問題，解決辦法只有降低開關頻率，這必然帶來波形變差，性能下降。 2、1700V IGBT逆變元件，2000年至今已經在中國鋼鐵、電力、石油石化、煤礦、水泥建材等行業大量使用，運行調試經驗豐富，生產技術成熟，質量可靠，貨源充分。 3、隨著市場成熟，價格對比更是巨大。 注：作者為佳靈公司總裁吳加林先生，本文首發在《變頻器世界》2004年第5期