IGBT Modules簡介

IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(絕緣柵雙極型晶體管)的縮寫，IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET，輸出極為 PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點，既具有MOSFET器件驅(qū)動功率小和開關(guān)速度快的優(yōu)點，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

IGBT模塊的電壓規(guī)格與所使用裝置的輸入電源即試電電源電壓緊密相關(guān)。使用中當(dāng)IGBT模塊集電極電流增大時，所產(chǎn)生的額定損耗亦變大。同時，開關(guān)損耗增大，使原件發(fā)熱加劇，因此，選用IGBT模塊時額定電流應(yīng)大于負載電流。特別是用作高頻開關(guān)時，由于開關(guān)損耗增大，發(fā)熱加劇，選用時應(yīng)該降等使用。

IGBT Modules 在使用中的注意事項

由于IGBT模塊為MOSFET結(jié)構(gòu)，IGBT的柵極通過一層氧化膜與發(fā)射極實現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般達到20~30V。因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿是IGBT失效的常見原因之一。因此使用中要注意以下幾點:在使用模塊時，盡量不要用手觸摸驅(qū)動端子部分，當(dāng)必須要觸摸模塊端子時，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進行放電后，再觸摸;在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動端子時，在配線未接好之前請先不要接上模塊;盡量在底板良好接地的情況下操作。

在應(yīng)用中有時雖然保證了柵極驅(qū)動電壓沒有超過柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線來傳送驅(qū)動信號，以減少寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。

此外，在柵極-發(fā)射極間開路時，若在集電極與發(fā)射極間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由于集電極有漏電流流過，柵極電位升高，集電極則有電流流過。這時，如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓，則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。

在使用IGBT的場合，當(dāng)柵極回路不正?；驏艠O回路損壞時(柵極處于開路狀態(tài))，若在主回路上加上電壓，則IGBT就會損壞，為防止此類故障，應(yīng)在柵極與發(fā)射極之間串接一只10KΩ左右的電阻。

在安裝或更換IGBT模塊時，應(yīng)十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻，最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時將導(dǎo)致IGBT模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。因此對散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進行檢查，一般在散熱片上靠近 IGBT模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)器，當(dāng)溫度過高時將報警或停止IGBT模塊工作。

一般保存IGBT模塊的場所，應(yīng)保持常溫常濕狀態(tài)，不應(yīng)偏離太大。常溫的規(guī)定為5~35℃ ，常濕的規(guī)定在45~75%左右。在冬天特別干燥的地區(qū)，需用加濕機加濕;盡量遠離有腐蝕性氣體或灰塵較多的場合;在溫度發(fā)生急劇變化的場所IGBT模塊表面可能有結(jié)露水的現(xiàn)象，因此IGBT模塊應(yīng)放在溫度變化較小的地方;保管時，須注意不要在IGBT模塊上堆放重物;裝IGBT模塊的容器，應(yīng)選用不帶靜電的容器。

一個理想的 igbt 驅(qū)動器應(yīng)具有以下基本性能: (1)動態(tài)驅(qū)動能力強 ,能為 igbt 柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動脈沖。當(dāng) igbt 在硬開關(guān)方式下工作時 ,會在開通及關(guān)斷過程中產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗。這個過程越長 ,開關(guān)損耗越大。器件工作頻率較高時 ,開關(guān)損耗甚至?xí)蟠蟪^ igbt 通態(tài)損耗 ,造成管芯溫升較高。 這種情況會大大限制 igbt 的開關(guān)頻率和輸出能力 ,同時對 igbt的安全工作構(gòu)成很大威脅。 igbt的開關(guān)速度與其柵極控制信號的變化速度密切相關(guān)。igbt 的柵源特性呈非線性電容性質(zhì) ,因此 ,驅(qū)動器須具有足夠的瞬時電流吞吐能力 ,才能使 igbt 柵源電壓建立或消失得足夠快 ,從而使開關(guān)損耗降至較低的水平。 另一方面 ,驅(qū)動器內(nèi)阻也不能過小 ,以免驅(qū)動回路的雜散電感與柵極電容形成欠阻尼振蕩。同時 ,過短的開關(guān)時間也會造成主回路過高的電流尖峰 ,這既對主回路安全不利 ,也容易在控制電路中造成干擾。 ( 2) 能向 igbt提供適當(dāng)?shù)恼驏艍?。 igbt導(dǎo)通后的管壓降與所加?xùn)旁措妷河嘘P(guān) ,在漏源電流一定的情況下 , u 越高 , u 就越低 ,gs ds器件的導(dǎo)通損耗就越小 ,這有利于充分發(fā)揮管子的工作能力。但是 并非越高越好 一般, ugs ,不允許超過 原因是一旦發(fā)生過流或短路20v , ,柵壓越高 則電流幅值越高 損壞的可能, ,igbt性就越大。通常 ,綜合考慮取 +15v 為宜。 (3) 能向 igbt 提供足夠的反向柵壓。在igbt關(guān)斷期間 ,由于電路中其它部分的工作 ,會在柵極電路中產(chǎn)生一些高頻振蕩信號。這些信號輕則會使本該截止的 igbt 處于微通狀態(tài) ,增加管子的功耗 ,重則將使逆變電路處于短路直通狀態(tài)。因此 ,最好給應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)的igbt加一反向柵壓(幅值一般為 5~15v) ,使igbt在柵極出現(xiàn)開關(guān)噪聲時仍能可靠截止。 (4)有足夠的輸入輸出電隔離能力。在許多設(shè)備中 與工頻電網(wǎng)有直接電聯(lián)系 而,igbt ,控制電路一般不希望如此。另外許多電路(如橋式逆變器)中的 的工作電位差別很大igbt ,也不允許控制電路與其直接耦合。因此 驅(qū)動,器具有電隔離能力可以保證設(shè)備的正常工作 ,同時有利于維修調(diào)試人員的人身安全。但是 ,這種電隔離不應(yīng)影響驅(qū)動信號的正常傳輸。 (5) 具有柵壓限幅電路 ,保護柵極不被擊穿。igbt柵極極限電壓一般為 ±20v ,驅(qū)動信號超出此范圍就可能破壞柵極。(6)輸入輸出信號傳輸無延時。這一方面能夠減少系統(tǒng)響應(yīng)滯后 ,另一方面能提高保護的快速性。 (7)電路簡單 ,成本低。 (8) igbt損壞時 ,驅(qū)動電路中的其它元件不會隨之損壞。igbt燒毀時 ,集電極上的高電壓往往會通過已被破壞的柵極竄入驅(qū)動電路 ,從而破壞其中的某些元件。 由于 igbt 承受過流或短路的能力有限 ,故 igbt驅(qū)動器還應(yīng)具有如下功能: (9)當(dāng) igbt處于負載短路或過流狀態(tài)時 ,能在 igbt允許時間內(nèi)通過逐漸降低柵壓自動抑制故障電流 ,實現(xiàn) igbt 的軟關(guān)斷。其目的是避免快速關(guān)斷故障電流造成過高的 di/ dt。 在雜散電感的作用下 ,過高的 di/ dt 會產(chǎn)生過高的電壓尖峰 ,使 igbt 承受不住而損壞。同理 ,驅(qū)動電路的軟關(guān)斷過程不應(yīng)隨輸入信號的消失而受到影響 ,即應(yīng)具有定時邏輯柵壓控制的功能。當(dāng)出現(xiàn)過流時 ,無論此時有無輸入信號 ,都應(yīng)無條件地實現(xiàn)軟關(guān)斷。 在各種設(shè)備中 ,二極管的反向恢復(fù)、電磁性負載的分布電容及關(guān)斷吸收電路等都會在igbt開通時造成尖峰電流。驅(qū)動器應(yīng)具備抑制這一瞬時過流的能力 ,在尖峰電流過后 ,應(yīng)能恢復(fù)正常柵壓 ,保證電路的正常工作。 (10)在出現(xiàn)短路、過流的情況下 ,能迅速發(fā)出過流保護信號 ,供控制電路進行處理。

將萬用表撥在R×10KΩ擋，用黑表筆接IGBT 的集電極(C)，紅表筆接IGBT 的

發(fā)射極(E)，此時萬用表的指針在零位。用手指同時觸及一下柵極(G)和集電

極(C)，這時IGBT 被觸發(fā)導(dǎo)通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，并能站住

指示在某一位置。然后再用手指同時觸及一下柵極(G)和發(fā)射極(E)，這時

IGBT 被阻斷，萬用表的指針回零。此時即可判斷IGBT 是好的。