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IGBT模块极限参数Vce,Vces详解


来源: | 时间:2015年10月27日

IGBT模块极限参数Vce,Vces详解

 VCE、V CES属于极限参数,含义是一样的,不同制造商的称呼不同而已。早期使用V CE比较多,现在则使用VCES居多,主要是因为VCE常常用来表示IGBT以及BJT的C-E间电压,本文中也采用VCES。
       VCE会出现在多数 IGBT的技术手册的标题位置,同时出现的一般还有Ic,它们是表征IGBT技术特性的比较直观的参数。多大的管子,多大的IGBT,大致指的就是这两项参数。
       V(BR) CES中BR指的是击穿电压(Breakdown voltage),它与VCES的区别是给出了击穿电流,指1GBT在指定集电极电 流的情况下,能够击穿IGBT的最小电压值。V, BR) CES与V CES的数值是相同的。实际上,V,BR) CES给出了VCES的测试条件。不过,有些产品的技术手册中并不给出V(BR) CES的值。

        VCES中,V表示电压,C、E分别表示集电极(Collector)与发射极(E.rnitter),S 表示短路( Short)。V CES的具体含义是“Maximum Collector-Emitter voltagewith gate-emitter shorted”,即“栅极与发射极短接时,集电极与发射极间能够承受的最大电压”。在本书的前两章,我们一直称之为“电压等级”,之后我们还将这样称呼它,既简单又明了;同时还给它另一个称呼——耐压,这符合行业习惯。
        很显然,VCES表示的是IGBT在关断条件下能承受的最大正向电压。
        VCE:可以很方便地用打压表测量。一般打压表的测试范围在1700V以下。测试的基本原理是,用很小的电流将IGBT击穿,测量其 C-E间的电压降。对于打压表来说,击穿IGBT所用的电源电压在一定范围内是恒定的,因为打压表的耐压测试分为几挡:× l、× l0、× l00(类似于欧姆表),每挡的测试电源电压是一样的;或者是第2种方法,每挡的限流电阻是一样的,而测试电源的电压都是一样的;或者是第3种方法,建立一个高压恒流源,使击穿电流保持一致。第3种方法比较合理,但简易的打压表不会采用这种方案的。更为合理的方法是,采用一个可变高压恒流源,因为对于不同电 流规格的—嚣蚕下万采陌蘭吾孬电流应该是不一样的。
1.一个粗略测试V CES的简单方法
       如果没有打压表或者打压表的测量范围不够,可以用一个简单的电路来进行测试,如图1所示。这个电路形式虽然简单,却很实用,能测任意电压/电流规格的IGBT或者晶 体管。对于IGBT而言,目前 常见的最低规格也是600V,所以需要一台高压直流电源,即 vcc必须是直流的,同时,需要为万用表配备一个高压测试棒。

简单测试VCES的电路 
图1 简单测试VCES的电路

       R1不是固定的,是为了限制击穿电流,使之与V(BR)CES测试条件中给定的电流条件相符。如果技术手册中没有给出,保持电流表的指示不超过1mA一般也是安全的。所以,要是采用万用表的DCA(直流电流)挡,应该选择2.5mA或者更小的挡位。
       电流表不是必须的,如果不关心实际的击穿电流,完全可以不用。用了电流表,你会发现,如果限定击穿电流,IGBT击穿电压的实测值较标称值的变化还是很大的,且一般都会比标称值高;反之,调整R1使电压表的指示与标称值相符,击穿电流的变化也同样不小。如果测得的击穿电压总是小于标称值,这个IGBT就要小心使用了。
       万用表的高压测试棒一般都会制定测试挡位,必须使用制定的挡位测试。测试所需要的高压直流电源电压要高于待测IGBT的击穿电压,对一个V(BR)CES未知的管子估测时,要将R1取得偏大一些;电流表也不能省,因为需要观察电流表的读数,如果小于ICES(IGBT关断时,C-E间的泄漏电流)太多但是有指示,说明IGBT有问题或者并未击穿,应该减小R1的值再测。
       一般技术手册都会给出ICES,其与温度有关。对于单管而言,Tc=25℃条件下,ICES都会小于500μA(0.5mA);随着温度的上升,尤其是到了100℃以上,ICES会提高10倍甚至更多。换言之,基于IGBT的设备,待机功耗会随着环境温度的升高而增加。
至于需要多高的电压,一是估测,而是将直接测。如果小于0.5mA,就说明测试电源的电压不够,需要提高测试电源的电压。因为,这时候IGBT可能并未击穿,这也是我们选取测试击穿电流为1mA的依据。,对于模块而言,ICES可能大至数mA,这就要相应增加测试击穿电流,至少应该是ICES的1倍以上。
2.VCES的实际意义
       从VCES的概念来看,实际使用过程中,即使工作电源和其他工作条件是非常稳定的,电压也不能接近VCES。因为IGBT的工作总会存在开和关,若在关闭状态加上接近V CES的电压,则在打开瞬间的大电流会将IGBT在瞬间击穿。
      实际的工作电路一般都处于高速开关状态,负载也不会是纯阻性的,电路的峰值电压(IGBT 关断期间加在其 C-E间的峰值电压)才是选择VCES的依据,此外,还应该留有裕量,一般不应该高于VCES的80%;为了保险起见,一般会取50%-60%。这主要是因为实际应用电路中的工作电流要比测试时的击穿电流大得多。其次是理论计算与电路的实际情况会有很多的不同,如电路自身的谐振、不合理的使用、电源的波动、温度晶变化等等。同时,设计时还应该留 确一定的裕量,这个裕量一般会留 到20%左右,工作电压越高、IGBT的电流/电压规格越小、数量越少,裕量应越大(1个IGBT 单独工作要比多个并联留有的裕量多)。具体到电路的峰值电压是多少,与具体的应用电路有关,需要具体测定或者取经验值。


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