IGBT 模塊應(yīng)用指南&基本知識(shí)(經(jīng)典）

IGBT是絕緣柵雙極型晶體管(Isolated Gate Bipolar Transistor),它是八十年代初誕生，九十年代迅速發(fā)展起來(lái)的新型復(fù)合電力電子器件。IGBT將MOSFET與GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身，既有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好、電壓驅(qū)動(dòng)型，又具有通態(tài)壓降低、高電壓、大電流的優(yōu)點(diǎn)。因此，IGBT的新技術(shù)、新工藝不斷有新的突破;應(yīng)用頻率硬開(kāi)關(guān)5KHz～40KHz，軟開(kāi)關(guān)40KHz～150KHz;功率從五千瓦到幾百千瓦的應(yīng)用場(chǎng)合。IGBT器件將不斷開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，為高效節(jié)能、節(jié)材，為新能源、工業(yè)自動(dòng)化(高頻電焊機(jī), 高頻超聲波, 逆變器, 斬波器, UPS/EPS, 感應(yīng)加熱)提供了新的商機(jī)。為了使初次使用者正確用好IGBT模塊，最大限度地發(fā)揮IGBT模塊的作用，以下是最基本的使用說(shuō)明。

㈠ 依據(jù)裝置負(fù)載的工作電壓和額定電流以及使用頻率,選擇合適規(guī)格的模塊。用戶使用模塊前請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀模塊參數(shù)數(shù)據(jù)表，了解模塊的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo);根據(jù)模塊各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)確定使用方案，計(jì)算通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗，選擇相匹配的散熱器及驅(qū)動(dòng)電路。

㈡ IGBT模塊的使用

1.防止靜電 IGBT是靜電敏感器件，為了防止器件受靜電危害，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

① IGBT模塊驅(qū)動(dòng)端子上的黑色海綿是防靜電材料，用戶用接插件引線時(shí)取下防靜電材料立即插上引線;在無(wú)防靜電措施時(shí)，不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子。

② 驅(qū)動(dòng)端子需要焊接時(shí)，設(shè)備或電烙鐵一定要接地。

2.選擇和使用

① 請(qǐng)?jiān)诋a(chǎn)品的最大額定值(電壓、電流、溫度等)范圍內(nèi)使用，一旦超出最大額定值，可能損壞產(chǎn)品，特別是IGBT外加超出VCES的電壓時(shí)可能發(fā)生雪崩擊穿現(xiàn)象從而使元件損壞，請(qǐng)務(wù)必在VCES的額定值范圍內(nèi)使用!工作使用頻率愈高,工作電流愈小;源于可靠性的原因，必須考慮安全系數(shù)。如果使用前需要測(cè)試請(qǐng)務(wù)必使用適當(dāng)?shù)臏y(cè)試設(shè)備，以免測(cè)試損壞(特別是IGBT和FRED模塊需要專業(yè)的測(cè)試設(shè)備，請(qǐng)勿使用非專業(yè)的設(shè)備測(cè)試其電壓的最大值)。

② 驅(qū)動(dòng)電路：由于IGBT Vce(sat) 和短路耐量之間的折衷關(guān)系，建議將柵極電壓選為 +VG=14～15V，-VG=5～10V，要確保在模塊的驅(qū)動(dòng)端子上的驅(qū)動(dòng)電壓和波形達(dá)到驅(qū)動(dòng)要求; 柵極電阻Rg與IGBT 的開(kāi)通和關(guān)斷特性密切相關(guān)，減小Rg值開(kāi)關(guān)損耗減少，下降時(shí)間減少，關(guān)斷脈沖電壓增加;反之，柵極電阻Rg值增加時(shí)，會(huì)增加開(kāi)關(guān)損耗，影響開(kāi)關(guān)頻率;應(yīng)根據(jù)浪涌電壓和開(kāi)關(guān)損耗間最佳折衷(與頻率有關(guān))選擇合適的Rg 值，一般選為5Ω至100Ω之間。為防止柵極開(kāi)路，建議靠近柵極與發(fā)射極間并聯(lián)20K～30KΩ電阻。驅(qū)動(dòng)布線要盡量短且采用雙絞線;在電源合閘時(shí)請(qǐng)先投入驅(qū)動(dòng)控制部分的電源，使其驅(qū)動(dòng)電路工作后再投入主電路電源。

③ 保護(hù)電路：IGBT 模塊使用在高頻時(shí)布線電感容易產(chǎn)生尖峰電壓，必須注意減少布線電感和元件的配置，應(yīng)注意以下保護(hù)項(xiàng)目：過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、柵極過(guò)壓及欠壓保護(hù)、安全工作區(qū)、過(guò)溫保護(hù)。

④ 吸收電路： 由于IGBT開(kāi)關(guān)速度快，容易產(chǎn)生浪涌電壓，必須設(shè)有浪涌鉗位電路。

⑤ 并聯(lián)使用： 應(yīng)考慮柵極電路、線路布線、電流不平衡和器件之間的溫度不平衡等問(wèn)題。

⑥ 使用時(shí)請(qǐng)避開(kāi)產(chǎn)生腐蝕氣體和嚴(yán)重塵埃的場(chǎng)所。

㈢IGBT 安裝

① 散熱器應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境及模塊參數(shù)進(jìn)行匹配選擇，以保證模塊工作時(shí)對(duì)散熱器的要求。

② 散熱器表面的光潔度應(yīng)小于10mm，每個(gè)螺絲之間的平面扭曲小于10mm。為了減少接觸熱阻，推薦在散熱器與模塊之間涂上一層很薄的導(dǎo)熱硅脂，模塊均勻受力后,從模塊邊緣可看出有少許導(dǎo)熱硅脂擠出為最佳。

③ 模塊安裝在散熱器上時(shí)，螺釘需用說(shuō)明書(shū)中給出的力矩?cái)Q緊。力矩不足導(dǎo)致熱阻增加或運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)螺釘松動(dòng)。力矩過(guò)大可能損壞模塊外殼或是破壞模塊絕緣;

④ 僅安裝一個(gè)模塊時(shí)，裝在散熱器中心位置，使熱阻效果最佳。

⑤ 安裝幾個(gè)模塊時(shí)，應(yīng)根據(jù)每個(gè)模塊發(fā)熱情況留出相應(yīng)的空間，發(fā)熱大的模塊應(yīng)留出較多得空間。

⑥ 兩點(diǎn)安裝緊固螺絲時(shí)，先依次緊固額定力矩的1/3，然后反次達(dá)到額定力矩。

⑦ 四點(diǎn)安裝和兩點(diǎn)安裝類似，IGBT長(zhǎng)的方向順著散熱器的紋路。緊固螺絲時(shí)，依次對(duì)角緊固1/3額定力矩，然后反次達(dá)到額定力矩。

⑧ 使用帶紋路的散熱器時(shí)，IGBT長(zhǎng)的方向順著散熱器的紋路，以減少散熱器的變形。兩只模塊在一個(gè)散熱器上安裝時(shí)，短的方向并排擺放，中間留出足夠的距離，主要是風(fēng)機(jī)散熱時(shí)減少熱量迭加，容易散熱，最大限度發(fā)揮散熱器的效率。二是模塊端子容易連接，有利于減少雜散電感，尤其高頻使用時(shí)更重要。

⑨ 在連接器件時(shí)，連接模塊的母線排不能給模塊主端子電極造成過(guò)大的機(jī)械和熱應(yīng)力，以免模塊電極的內(nèi)部焊接斷裂或電極端子發(fā)熱在模塊上產(chǎn)生過(guò)熱。