IGBT 模块应用指南

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。