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IGBT 模块应用指南


来源: | 时间:2010年12月18日

IGBT是绝缘栅双极型晶体管(Isolated Gate Bipolar Transistor),它是八十年代初诞生,九十年代迅速发展起来的新型复合电力电子器件。IGBT将MOSFET与GTR的优点集于一身,既有输入阻抗高、速度快、热稳定性好、电压驱动型,又具有通态压降低、高电压、大电流的优点。因此,IGBT的新技术、新工艺不断有新的突破;应用频率硬开关5KHz~40KHz,软开关40KHz~150KHz;功率从五千瓦到几百千瓦的应用场合。IGBT器件将不断开拓新的应用领域,为高效节能、节材,为新能源、工业自动化(高频电焊机, 高频超声波, 逆变器, 斩波器, UPS/EPS, 感应加热)提供了新的商机。为了使初次使用者正确用好IGBT模块,最大限度地发挥IGBT模块的作用,以下是最基本的使用说明。
  ㈠ 依据装置负载的工作电压和额定电流以及使用频率,选择合适规格的模块。用户使用模块前请详细阅读模块参数数据表,了解模块的各项技术指标;根据模块各项技术参数确定使用方案,计算通态损耗和开关损耗,选择相匹配的散热器及驱动电路。
  ㈡ IGBT模块的使用
  1.防止静电 IGBT是静电敏感器件,为了防止器件受静电危害,应注意以下两点:
   ① IGBT模块驱动端子上的黑色海绵是防静电材料,用户用接插件引线时取下防静电材料立即插上引线;在无防静电措施时,不要用手触摸驱动端子。
   ② 驱动端子需要焊接时,设备或电烙铁一定要接地。
  2.选择和使用
   ① 请在产品的最大额定值(电压、电流、温度等)范围内使用,一旦超出最大额定值,可能损坏产品,特别是IGBT外加超出VCES的电压时可能发生雪崩击穿现象从而使元件损坏,请务必在VCES的额定值范围内使用!工作使用频率愈高,工作电流愈小;源于可靠性的原因,必须考虑安全系数。如果使用前需要测试请务必使用适当的测试设备,以免测试损坏(特别是IGBT和FRED模块需要专业的测试设备,请勿使用非专业的设备测试其电压的最大值)。
   ② 驱动电路:由于IGBT Vce(sat) 和短路耐量之间的折衷关系,建议将栅极电压选为 +VG=14~15V,-VG=5~10V,要确保在模块的驱动端子上的驱动电压和波形达到驱动要求; 栅极电阻Rg与IGBT 的开通和关断特性密切相关,减小Rg值开关损耗减少,下降时间减少,关断脉冲电压增加;反之,栅极电阻Rg值增加时,会增加开关损耗,影响开关频率;应根据浪涌电压和开关损耗间最佳折衷(与频率有关)选择合适的Rg 值,一般选为5Ω至100Ω之间。为防止栅极开路,建议靠近栅极与发射极间并联20K~30KΩ电阻。驱动布线要尽量短且采用双绞线;在电源合闸时请先投入驱动控制部分的电源,使其驱动电路工作后再投入主电路电源。
   ③ 保护电路:IGBT 模块使用在高频时布线电感容易产生尖峰电压,必须注意减少布线电感和元件的配置,应注意以下保护项目:过电流保护、过电压保护、栅极过压及欠压保护、安全工作区、过温保护。
   ④ 吸收电路: 由于IGBT开关速度快,容易产生浪涌电压,必须设有浪涌钳位电路。
   ⑤ 并联使用: 应考虑栅极电路、线路布线、电流不平衡和器件之间的温度不平衡等问题。
   ⑥ 使用时请避开产生腐蚀气体和严重尘埃的场所。
   ㈢IGBT 安装
   ① 散热器应根据使用环境及模块参数进行匹配选择,以保证模块工作时对散热器的要求。
   ② 散热器表面的光洁度应小于10mm,每个螺丝之间的平面扭曲小于10mm。为了减少接触热阻,推荐在散热器与模块之间涂上一层很薄的导热硅脂,模块均匀受力后,从模块边缘可看出有少许导热硅脂挤出为最佳。
   ③ 模块安装在散热器上时,螺钉需用说明书中给出的力矩拧紧。力矩不足导致热阻增加或运动中出现螺钉松动。力矩过大可能损坏模块外壳或是破坏模块绝缘;
   ④ 仅安装一个模块时,装在散热器中心位置,使热阻效果最佳。
   ⑤ 安装几个模块时,应根据每个模块发热情况留出相应的空间,发热大的模块应留出较多得空间。
   ⑥ 两点安装紧固螺丝时,先依次紧固额定力矩的1/3,然后反次达到额定力矩。
   ⑦ 四点安装和两点安装类似,IGBT长的方向顺着散热器的纹路。紧固螺丝时,依次对角紧固1/3额定力矩,然后反次达到额定力矩。
   ⑧ 使用带纹路的散热器时,IGBT长的方向顺着散热器的纹路,以减少散热器的变形。两只模块在一个散热器上安装时,短的方向并排摆放,中间留出足够的距离,主要是风机散热时减少热量迭加,容易散热,最大限度发挥散热器的效率。二是模块端子容易连接,有利于减少杂散电感,尤其高频使用时更重要。
   ⑨ 在连接器件时,连接模块的母线排不能给模块主端子电极造成过大的机械和热应力,以免模块电极的内部焊接断裂或电极端子发热在模块上产生过热。

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