第54讲：HVIGBT在轨道牵引中的应用（二）-企业信息-自动化新闻网

// 讲座概述

本系列讲座旨在分享功率半导体的原理和相关应用知识，已发布的第1-30讲主要介绍了功率半导体的基础知识。从第31讲起为大家介绍HVIGBT的一系列相关知识，以帮助读者全面了解HVIGBT的工作原理、特性和正确应用方法。

1.1 动车组

1.1.1 动车组介绍

高速动车组按照牵引动力和驱动设备的配置方式可以分为两种：动力分散型和动力集中型。动力分散型动车组是指将大部分机械和电气设备吊挂在车辆底板下面，牵引电机安装在列车的全部或者部分转向架上，使全部或者部分轮对成为列车的驱动源，列车的全部车厢都可以载客。动力集中型动车组是将大部分机械和电气设备集中安装在位于列车两端的动力车上，动力车转向架上装有牵引电机，驱动轮对牵引列车运行。

一种粗略的牵引变流器拓扑如图11.13所示。牵引变压器将25kV高压交流电降压后输入四象限整流器，经四象限整流器后变为直流，再经电压源逆变器给三相异步电机供电。

图11.13 一种动车组牵引变流器拓扑

HVIGBT模块是动车组牵引变流器的核心部件。与消费行业和一般行业的功率模块相比，轨道车辆需要体积小、损耗低和可靠性高的功率模块。

1.1.2 三菱电机面向动车组牵引变流器的HVIGBT模块

三菱电机基于高可靠性、高鲁棒性及低损耗设计了X系列HVIGBT，在H系列和R系列相同封装的基础上，进一步扩展了电流等级。

X系列HVIGBT芯片采用了表面电荷控制(SCC)技术，该技术使HVIGBT模块具有出色的湿度鲁棒性，如图11.14所示。在传统结构中，由于芯片终端覆盖有绝缘层，因此没有释放表面电荷的路径。然而，在采用SCC技术的终端结构中，表面电荷可以通过半绝缘层泄放，表面电荷不会对芯片终端电场产生不利影响。因此，即使有凝露，也能保持优良的阻断电压特性。

图11.14 带SCC技术的新型终端结构：半绝缘层覆盖

X系列HVIGBT利用了第7代芯片的所有优势，IGBT采用了CSTBT (III)（Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor）芯片技术，续流二极管采用RFC (Relaxed Field of Cathode)结构。这两种芯片技术可以实现通态损耗、开关损耗的降低和增强的开关性能，同时扩展了鲁棒性、低损耗和SOA这三项技术边界。其饱和压降和反并联二极管的正向压降与H系列HVIGBT相比如下图11.15。