IGBT 模塊 應用指南-基本知識

   IGBT是絕緣柵雙極型晶體管（Isolated Gate Bipolar Transistor）,它是八十年代初誕生，九十年代迅速發展起來的新型復合電力電子器件。IGBT將MOSFET與GTR的優點集于一身，既有輸入阻抗高、速度快、熱穩定性好、電壓驅動型，又具有通態壓降低、高電壓、大電流的優點。因此，IGBT的新技術、新工藝不斷有新的突破；應用頻率硬開關5KHz～40KHz，軟開關40KHz～150KHz；功率從五千瓦到幾百千瓦的應用場合。IGBT器件將不斷開拓新的應用領域，為高效節能、節材，為新能源、工業自動化(高頻電焊機, 高頻超聲波, 逆變器, 斬波器, UPS/EPS, 感應加熱)提供了新的商機。為了使初次使用者正確用好IGBT模塊，最大限度地發揮IGBT模塊的作用，以下是最基本的使用說明。

　　㈠ 依據裝置負載的工作電壓和額定電流以及使用頻率,選擇合適規格的模塊。用戶使用模塊前請詳細閱讀模塊參數數據表，了解模塊的各項技術指標；根據模塊各項技術參數確定使用方案，計算通態損耗和開關損耗，選擇相匹配的散熱器及驅動電路。

　　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，應注意以下兩點：
　　　① IGBT模塊驅動端子上的黑色海綿是防靜電材料，用戶用接插件引線時取下防靜電材料立即插上引線；在無防靜電措施時，不要用手觸摸驅動端子。
　　　② 驅動端子需要焊接時，設備或電烙鐵一定要接地。

　　2．選擇和使用
　　　① 請在產品的最大額定值（電壓、電流、溫度等）范圍內使用，一旦超出最大額定值，可能損壞產品，特別是IGBT外加超出VCES的電壓時可能發生雪崩擊穿現象從而使元件損壞，請務必在VCES的額定值范圍內使用！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。如果使用前需要測試請務必使用適當的測試設備，以免測試損壞（特別是IGBT和FRED模塊需要專業的測試設備，請勿使用非專業的設備測試其電壓的最大值）。
　　　② 驅動電路：由于IGBT Vce(sat) 和短路耐量之間的折衷關系，建議將柵極電壓選為 +VG=14～15V，-VG=5～10V，要確保在模塊的驅動端子上的驅動電壓和波形達到驅動要求； 柵極電阻Rg與IGBT 的開通和關斷特性密切相關，減小Rg值開關損耗減少，下降時間減少，關斷脈沖電壓增加；反之，柵極電阻Rg值增加時，會增加開關損耗，影響開關頻率；應根據浪涌電壓和開關損耗間最佳折衷(與頻率有關)選擇合適的Rg 值，一般選為5Ω至100Ω之間。為防止柵極開路，建議靠近柵極與發射極間并聯20K～30KΩ電阻。驅動布線要盡量短且采用雙絞線；在電源合閘時請先投入驅動控制部分的電源，使其驅動電路工作后再投入主電路電源。
　　　③ 保護電路：IGBT 模塊使用在高頻時布線電感容易產生尖峰電壓，必須注意減少布線電感和元件的配置，應注意以下保護項目：過電流保護、過電壓保護、柵極過壓及欠壓保護、安全工作區、過溫保護。
　　　④ 吸收電路： 由于IGBT開關速度快，容易產生浪涌電壓，必須設有浪涌鉗位電路。
　　　⑤ 并聯使用： 應考慮柵極電路、線路布線、電流不平衡和器件之間的溫度不平衡等問題。
　　　⑥ 使用時請避開產生腐蝕氣體和嚴重塵埃的場所。

　　　㈢IGBT 安裝
　　　① 散熱器應根據使用環境及模塊參數進行匹配選擇，以保證模塊工作時對散熱器的要求。
　　　② 散熱器表面的光潔度應小于10mm，每個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熱硅脂，模塊均勻受力后,從模塊邊緣可看出有少許導熱硅脂擠出為最佳。
　　　③ 模塊安裝在散熱器上時，螺釘需用說明書中給出的力矩擰緊。力矩不足導致熱阻增加或運動中出現螺釘松動。力矩過大可能損壞模塊外殼或是破壞模塊絕緣；
　　　④ 僅安裝一個模塊時，裝在散熱器中心位置，使熱阻效果最佳。
　　　⑤ 安裝幾個模塊時，應根據每個模塊發熱情況留出相應的空間，發熱大的模塊應留出較多得空間。
　　　⑥ 兩點安裝緊固螺絲時，先依次緊固額定力矩的1/3，然后反次達到額定力矩。
　　　⑦ 四點安裝和兩點安裝類似，IGBT長的方向順著散熱器的紋路。緊固螺絲時，依次對角緊固1/3額定力矩，然后反次達到額定力矩。
　　　⑧ 使用帶紋路的散熱器時，IGBT長的方向順著散熱器的紋路，以減少散熱器的變形。兩只模塊在一個散熱器上安裝時，短的方向并排擺放，中間留出足夠的距離，主要是風機散熱時減少熱量迭加，容易散熱，最大限度發揮散熱器的效率。二是模塊端子容易連接，有利于減少雜散電感，尤其高頻使用時更重要。
　　　⑨ 在連接器件時，連接模塊的母線排不能給模塊主端子電極造成過大的機械和熱應力，以免模塊電極的內部焊接斷裂或電極端子發熱在模塊上產生過熱。