欢迎来到我们的电力电子探索之旅，今天我们将深入解析IGBT在电压型逆变器中的独特换流机制。许多朋友在理解IGBT换流过程时可能感到困惑，今天，我们将彻底揭开这个谜团。
在电力电子教科书中，通常以半控型晶闸管为核心讲解换流原理，而对于全控型IGBT或MOSFET的逆变器，虽然提及了原理，但并未特别强调“换流”这个关键概念。考虑到IGBT的广泛应用和其在电、热应力分析中的重要性，我们决定专门探讨IGBT的换流过程。
换流的基本概念，如同电流在接力赛中的转移，是电流从一个电路分支切换到另一个的过程，即换相。理解这个概念，想象田径接力中的交接棒，每支电流分支的切换就像运动员间的接力。王兆安老师的《电力电子技术》将换流方式分为四大类：
IGBT与晶闸管的换流方式有所不同：IGBT的关断由驱动信号决定，相对简单，而晶闸管需要更复杂的外部条件。这解释了为何教材通常以晶闸管为例。然而，在实际应用中，IGBT的广泛使用使得深入研究其换流过程更具价值。
为了准确区分，我们引入了“自然换流”和“强迫换流”这两个概念。IGBT内部集成的续流二极管决定了电流路径的多样性。当IGBT承载电流时，强制关断产生强迫换流；反之，当二极管承载电流，换流过程由外部电路决定，称为自然换流。尽管这些术语并非教科书上的标准，但有助于理解换流的本质。
以三相电压型逆变器为例，让我们通过具体案例来阐明。在分析过程中，我们需要了解稳态时电流路径，并遵循IGBT开关的互补原则:
在这些规则下，不同状态间的转换揭示了强迫换流和自然换流的运作:
现在，我们留一个思考题：在自然换流过程中，电流为什么先减小再增加？请考虑B、C相的开关状态。
换流过程中的电、热应力主要在强迫换流中体现，如关断损耗、电压尖峰和电流尖峰。自然换流则相对轻松，没有器件应力。
希望这次的讲解有助于您理解IGBT的换流机制。如果有所启发，别忘了分享给需要的朋友。想了解更多电力电子知识，关注我们的公众号“耿博士电力电子技术”，每周更新，带你深入电力电子世界！