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IGBT模塊應(yīng)用指南和使用與安裝
日期：2024-12-22 23:37
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摘要：IGBT模塊應(yīng)用指南和基本知識
工作測試產(chǎn)品能源 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(fā)展起來的新型復合電力電子器件。IGBT將MOSFET與GTR的優(yōu)點集于一身，既有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好、電壓驅(qū)動型，又具有通態(tài)壓降低、高電壓、大電流的優(yōu)點。因此，IGBT的新技術(shù)、新工藝不斷有新的突破；應(yīng)用頻率硬開關(guān)5KHz～40KHz，軟開關(guān)40KHz～150KHz；功率從五千瓦到幾百千瓦的應(yīng)用場合。IGBT器件將不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，為高效節(jié)能、節(jié)材，為新能源、工業(yè)自動化(高頻電...
IGBT模塊應(yīng)用指南和基本知識
工作測試產(chǎn)品能源 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(fā)展起來的新型復合電力電子器件。IGBT將MOSFET與GTR的優(yōu)點集于一身，既有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好、電壓驅(qū)動型，又具有通態(tài)壓降低、高電壓、大電流的優(yōu)點。因此，IGBT的新技術(shù)、新工藝不斷有新的突破；應(yīng)用頻率硬開關(guān)5KHz～40KHz，軟開關(guān)40KHz～150KHz；功率從五千瓦到幾百千瓦的應(yīng)用場合。IGBT器件將不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，為高效節(jié)能、節(jié)材，為新能源、工業(yè)自動化(高頻電焊機, 高頻超聲波, 逆變器, 斬波器, UPS/EPS, 感應(yīng)加熱)提供了新的商機。為了使初次使用者正確用好IGBT模塊，大限度地發(fā)揮IGBT模塊的作用，以下是基本的使用說明。
㈠ 依據(jù)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(guī)格的模塊。用戶使用模塊前請詳細閱讀模塊參數(shù)數(shù)據(jù)表，了解模塊的各項技術(shù)指標；根據(jù)模塊各項技術(shù)參數(shù)確定使用方案，計算通態(tài)損耗和開關(guān)損耗，選擇相匹配的散熱器及驅(qū)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(yīng)注意以下兩點：
① IGBT模塊驅(qū)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(qū)動端子。
② 驅(qū)動端子需要焊接時，設(shè)備或電烙鐵一定要接地。
2．選擇和使用
① 請在產(chǎn)品的大額定值（電壓、電流、溫度等）范圍內(nèi)使用，一旦超出大額定值，可能損壞產(chǎn)品，特別是IGBT外加超出VCES的電壓時可能發(fā)生雪崩擊穿現(xiàn)象從而使元件損壞，請務(wù)必在VCES的額定值范圍內(nèi)使用！工作使用頻率愈高,工作電流愈??；源于可靠性的原因，必須考慮系數(shù)。如果使用前需要測試請務(wù)必使用適當?shù)臏y試設(shè)備，以免測試損壞（特別是IGBT和FRED模塊需要專業(yè)的測試設(shè)備，請勿使用非專業(yè)的設(shè)備測試其電壓的大值）。
② 驅(qū)動電路：由于IGBT Vce(sat) 和短路耐量之間的折衷關(guān)系，建議將柵極電壓選為 +VG=14～15V，-VG=5～10V，要確保在模塊的驅(qū)動端子上的驅(qū)動電壓和波形達到驅(qū)動要求； 柵極電阻Rg與IGBT 的開通和關(guān)斷特性密切相關(guān)，減小Rg值開關(guān)損耗減少，下降時間減少，關(guān)斷脈沖電壓增加；反之，柵極電阻Rg值增加時，會增加開關(guān)損耗，影響開關(guān)頻率；應(yīng)根據(jù)浪涌電壓和開關(guān)損耗間折衷(與頻率有關(guān))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(fā)射極間并聯(lián)20K～30KΩ電阻。驅(qū)動布線要盡量短且采用雙絞線；在電源合閘時請先投入驅(qū)動控制部分的電源，使其驅(qū)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(chǎn)生尖峰電壓，必須注意減少布線電感和元件的配置，應(yīng)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、工作區(qū)、過溫保護。
④ 吸收電路： 由于IGBT開關(guān)速度快，容易產(chǎn)生浪涌電壓，必須設(shè)有浪涌鉗位電路。
⑤ 并聯(lián)使用： 應(yīng)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(chǎn)生腐蝕氣體和嚴重塵埃的場所。
㈢IGBT 安裝
① 散熱器應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境及模塊參數(shù)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(yīng)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(xiàn)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，使熱阻效果佳。
⑤ 安裝幾個模塊時，應(yīng)根據(jù)每個模塊發(fā)熱情況留出相應(yīng)的空間，發(fā)熱大的模塊應(yīng)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，大限度發(fā)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(yīng)力，以免模塊電極的內(nèi)部焊接斷裂或電極端子發(fā)熱在模塊上產(chǎn)生過熱。
工作測試產(chǎn)品能源 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(fā)展起來的新型復合電力電子器件。IGBT將MOSFET與GTR的優(yōu)點集于一身，既有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好、電壓驅(qū)動型，又具有通態(tài)壓降低、高電壓、大電流的優(yōu)點。因此，IGBT的新技術(shù)、新工藝不斷有新的突破；應(yīng)用頻率硬開關(guān)5KHz～40KHz，軟開關(guān)40KHz～150KHz；功率從五千瓦到幾百千瓦的應(yīng)用場合。IGBT器件將不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，為高效節(jié)能、節(jié)材，為新能源、工業(yè)自動化(高頻電焊機, 高頻超聲波, 逆變器, 斬波器, UPS/EPS, 感應(yīng)加熱)提供了新的商機。為了使初次使用者正確用好IGBT模塊，大限度地發(fā)揮IGBT模塊的作用，以下是基本的使用說明。
㈠ 依據(jù)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(guī)格的模塊。用戶使用模塊前請詳細閱讀模塊參數(shù)數(shù)據(jù)表，了解模塊的各項技術(shù)指標；根據(jù)模塊各項技術(shù)參數(shù)確定使用方案，計算通態(tài)損耗和開關(guān)損耗，選擇相匹配的散熱器及驅(qū)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(yīng)注意以下兩點：
① IGBT模塊驅(qū)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(qū)動端子。
② 驅(qū)動端子需要焊接時，設(shè)備或電烙鐵一定要接地。
2．選擇和使用
① 請在產(chǎn)品的大額定值（電壓、電流、溫度等）范圍內(nèi)使用，一旦超出大額定值，可能損壞產(chǎn)品，特別是IGBT外加超出VCES的電壓時可能發(fā)生雪崩擊穿現(xiàn)象從而使元件損壞，請務(wù)必在VCES的額定值范圍內(nèi)使用！工作使用頻率愈高,工作電流愈??；源于可靠性的原因，必須考慮系數(shù)。如果使用前需要測試請務(wù)必使用適當?shù)臏y試設(shè)備，以免測試損壞（特別是IGBT和FRED模塊需要專業(yè)的測試設(shè)備，請勿使用非專業(yè)的設(shè)備測試其電壓的大值）。
② 驅(qū)動電路：由于IGBT Vce(sat) 和短路耐量之間的折衷關(guān)系，建議將柵極電壓選為 +VG=14～15V，-VG=5～10V，要確保在模塊的驅(qū)動端子上的驅(qū)動電壓和波形達到驅(qū)動要求； 柵極電阻Rg與IGBT 的開通和關(guān)斷特性密切相關(guān)，減小Rg值開關(guān)損耗減少，下降時間減少，關(guān)斷脈沖電壓增加；反之，柵極電阻Rg值增加時，會增加開關(guān)損耗，影響開關(guān)頻率；應(yīng)根據(jù)浪涌電壓和開關(guān)損耗間折衷(與頻率有關(guān))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(fā)射極間并聯(lián)20K～30KΩ電阻。驅(qū)動布線要盡量短且采用雙絞線；在電源合閘時請先投入驅(qū)動控制部分的電源，使其驅(qū)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(chǎn)生尖峰電壓，必須注意減少布線電感和元件的配置，應(yīng)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、工作區(qū)、過溫保護。
④ 吸收電路： 由于IGBT開關(guān)速度快，容易產(chǎn)生浪涌電壓，必須設(shè)有浪涌鉗位電路。
⑤ 并聯(lián)使用： 應(yīng)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(chǎn)生腐蝕氣體和嚴重塵埃的場所。
㈢IGBT 安裝
① 散熱器應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境及模塊參數(shù)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(yīng)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(xiàn)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，使熱阻效果佳。
⑤ 安裝幾個模塊時，應(yīng)根據(jù)每個模塊發(fā)熱情況留出相應(yīng)的空間，發(fā)熱大的模塊應(yīng)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，大限度發(fā)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(yīng)力，以免模塊電極的內(nèi)部焊接斷裂或電極端子發(fā)熱在模塊上產(chǎn)生過熱。
