IGBT的常识及使用注意事项
电子元器件系列知识—IGBT
电子元器件系列知识—IGBT一、IGBT 驱动1 驱动电压的选择IGBT 模块GE 间驱动电压可由不同地驱动电路产生。
典型的驱动电路如图1所示。
图1 IGBT 驱动电路示意图Q1，Q2为驱动功率推挽放大，通过光耦隔离后的信号需通过Q1，Q2推挽放大。
选择Q1，Q2其耐压需大于50V 。
选择驱动电路时，需考虑几个因素。
由于IGBT 输入电容较MOSFET 大，因此IGBT 关断时，最好加一个负偏电压，且负偏电压比MOSFET 大，IGBT 负偏电压最好在-5V~-10V 之内；开通时，驱动电压最佳值为15V 10％,15V 的驱动电压足够使IGBT 处于充分饱和，这时通态压降也比较低，同时又能有效地限制短路电流值和因此产生的应力。
若驱动电压低于12V ，则IGBT 通态损耗较大，IGBT 处于欠压驱动状态；若GE V >20V ，则难以实现电流的过流、短路保护，影响IGBT 可靠工作。
2 栅极驱动功率的计算由于IGBT 是电压驱动型器件，需要的驱动功率值比较小，一般情况下可以不考虑驱动功率问题。
但对于大功率IGBT ，或要求并联运行的IGBT 则需要考虑驱动功率。
IGBT 栅极驱动功率受到驱动电压即开通)(ON GE V 和关断)(off GE V 电压，栅极总电荷G Q 和开关f 的影响。
栅极驱动电源的平均功率AV P 计算公式为：AV P =（)(ON GE V +)(off GE V ）*G Q *f对一般情况)(ON GE V =15V ，)(off GE V =10V ，则AV P 简化为：AV P =25*G Q *f 。
f 为IGBT 开关频率。
栅极峰值电流GP I 为：GP I =[)(ON GE V -（-)(off GE V ）]/g R = ()(ON GE V +)(off GE V )/g R注意：g R 应为内部和外部驱动电阻之和，EUPEC 部分IGBT 模块内部封有驱动电阻。
IGBT应用时需要做哪些保护措施
IGBT应用时需要做哪些保护措施由于IGBT工作在高频与高电压、大电流的条件下，因而，IGBT 除了要作降额考虑外，对IGBT的保护设计需要重点考虑。
(一)IGBT的工作原理IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：——IGBT栅极与发射极之间的电压;——IGBT集电极与发射极之间的电压;——流过IGBT集电极-发射极的电流;——IGBT的结温。
如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压，流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能会永久性损坏。
(二)保护措施(1) IGBT栅极的保护IGBT的栅极-发射极驱动电压VGE的保证值为±20V，如果超出保证值的电压，则可能会损坏IGBT，因此，在IGBT的驱动电路中设置栅压限幅电路。
另外，若IGBT的栅极与发射极间开路，由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在，使得栅极电位升高，集电极-发射极有电流流过。
这时若集电极和发射极间处于高压状态时，可能会使IGBT发热甚至损坏。
为防止此类情况发生，应在IGBT的栅极与发射极间并接一只几十kΩ的电阻，此电阻应尽量靠近栅极与发射极。
由于IGBT其栅极为MOS结构，对于静电压也是十分敏感的，故而对IGBT进行装配焊接作业时也必须注意以下事项：——在需要用手接触IGBT前，，必须接触时要保证此时人体上所带的静电已全部放掉;——在焊接作业时，为了防止静电可能损坏IGBT，焊机一定要可靠地接地。
(2) 集电极与发射极间的过压保护(2.1)直流过压产生的原因是由于前一级输入发生异常。
解决的办法是在选取IGBT时，进行降额设计;另外，可在检测出这一过压时分断IGBT的输入，保证IGBT的安全。
(2.2) 浪涌电压的保护因为电路中分布电感的存在，加之IGBT的开关速度较高，当IGBT 关断时及与之并接的反向恢复二极管逆向恢复时，就会产生很大的浪涌电压Ldi/dt。
IGBT使用中的几个常识性问题
IGBT使用中的几个常识性问题IGBT是变频器等电力电子产品中经常用到的关键器件，正确地使用好IGBT是保证产品质量的基础和前提。
现总结几个常识性问题，以利于硬件设计人员加深对IGBT的认识。
（1）输出特性IGBT的正向特性可以分为4个区间：饱和区、线性区、截止区和雪崩击穿区。
由于IGBT一般在变频器中是用作开关功能的，故一般工作在饱和区和截止区。
如果驱动能力不够，可能会落到线性区引起过热损坏；如果关断时C-E间的电压过高，则有可能使IGBT发生雪崩击穿而损坏。
IGBT本身不像MOSFET那样内部有一个寄生二极管，所以在很多情况下会把一个二极管芯片与IGBT芯片封装在一起。
由于IGBT是非对称器件，E-C间承受电压的能力很差（通常只有十几伏），由于并联了反并二极管，所以承受的反压会被钳位，但某些情况下，由于二极管正向导通特性差等原因，钳位效果会大打折扣，反压可能冲到很高，进而导致IGBT反向击穿而失效。
（2）集电极电流Ic、Icm和二极管电流IF的定义IGBT器件规格书中给的集电极电流Ic是在不考虑开关损耗情况下管子能够流过的最大连续电流；也即只考虑导通损耗，不考虑其他损耗并且在一定温度情况下管子所能承受的电流。
我们实际使用时IGBT 是工作在周期性地开通、关断状态的，而且开关频率各不相同。
所以从热方面考虑，IGBT也绝对不能在额定电流下使用，具体能流过多大电流，要以结温（包括稳态结温和瞬态结温）计算结果为准。
集电极重复峰值电流Icm是管子在任何情况下都不能超过的最大峰值电流，该值受到结温、键合线通电流能力、功率端子承受能力、擎住效应风险等的限制，热仅仅是其中的一个限定条件。
我们在设定过流点、逐波限流点时要特别注意。
同样，反并二极管的额定电流（富士称为-Ic）也是不考虑开关损耗情况下管子能够流过的最大连续电流，具体定义如下式：（3）门极加稳压管和电阻门极加电阻是为了避免门极悬浮，将IGBT输入电容中残存的电荷泄放掉，避免误开通。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)基础与运用知识
IGBT基础与运用IGBT，中文名字为绝缘栅双极型晶体管，它是由MOSFET（输入级）和PNP晶体管（输出级）复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点（控制和响应），又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点（功率级较为耐用），频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz 频率范围内。
理想等效电路与实际等效电路如图所示：IGBT 的静态特性一般用不到，暂时不用考虑，重点考虑动态特性（开关特性）。
动态特性的简易过程可从下面的表格和图形中获取：IGBT的开通过程IGBT 在开通过程中，分为几段时间1.与MOSFET类似的开通过程，也是分为三段的充电时间2.只是在漏源DS电压下降过程后期，PNP晶体管由放大区至饱和过程中增加了一段延迟时间。
在上面的表格中，定义了了：开通时间Ton，上升时间Tr和Tr.i除了这两个时间以外，还有一个时间为开通延迟时间td.on:td.on=Ton-Tr.iIGBT在关断过程IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。
第一段是按照MOS管关断的特性的。
第二段是在MOSFET关断后，PNP晶体管上存储的电荷难以迅速释放，造成漏极电流较长的尾部时间。
在上面的表格中，定义了了：关断时间Toff，下降时间Tf和Tf.i除了表格中以外，还定义trv为DS端电压的上升时间和关断延迟时间td(off)。
漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成，而总的关断时间可以称为toff=td(off)+trv十t(f)，td(off)+trv之和又称为存储时间。
从下面图中可看出详细的栅极电流和栅极电压，CE电流和CE电压的关系：从另外一张图中细看MOS管与IGBT管栅极特性可能更有一个清楚的概念：开启过程关断过程尝试去计算IGBT的开启过程，主要是时间和门电阻的散热情况。
C.GE 栅极-发射极电容C.CE 集电极-发射极电容C.GC 门级-集电极电容（米勒电容）Cies = CGE + CGC 输入电容Cres = CGC 反向电容Coes = CGC + CCE 输出电容根据充电的详细过程，可以下图所示的过程进行分析对应的电流可简单用下图所示：第1阶段：栅级电流对电容CGE进行充电，栅射电压VGE上升到开启阈值电压VGE(th)。
IGBT模块的使用及保管
文章编号:1671-9662(2008)06-0053-03IGB T 模块的使用及保管晋卫国1,王银安2(1.河南神马赛尔项目,河南平顶山467000;2.河南质量工程职业学院,河南平顶山467001)摘 要: 对IGBT 的特性及使用时的注意事项进行探讨,提出了选择和安装过程中应该注意的问题。
关键词: IGBT 模块;氧化膜;MOSFET 中图分类号: TN709 文献标识码:A电力电子器件是电力电子技术的基础,也是电力电子技术发展的 龙头 。
新型电力电子器件中又以IGB T 的发展和应用最为广泛。
1 IGB T 模块简介IGBT 是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写,IGB T 是由MOSFET 和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP 晶体管,它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFE T 器件驱动功率小和开关速度快的优点,又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点,其频率特性介于MOSFET 与功率晶体管之间,可正常工作于几十kHz 频率范围内,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
IGB T 的等效电路如图1所示。
由图1可知,若在IGB T 的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFE T 导通,这样PNP 晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGB T 的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFE T 截止,切断PNP 晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。
IGB T 与MOSFET 一样也是电压控制型器件,在它的栅极-发射极间施加十几V 的直流电压,只有 A 级的漏电流流过,基本上不消耗功率。
图1 IGB T 的等效电路2 IGB T 模块的选择IGBT 模块的电压规格与所使用装置的输入电源即市电电源电压紧密相关,其相互关系见下表1。
IGBT模块应用注意事项
IGBT模块应用注意事项IGBT模块应用中应注意的事项有：①各路控制电源要相互隔离，并能达到一定的绝缘等级要求。
②在大功率的逆变器中，下桥臂的开关管也要各自用一个隔离电源，以避免产生回路噪音，只是这几路电源的隔离电压不需太高。
③控制信号线和驱动电源线要离远些，尽量互相垂直，不要平行放置。
④光电耦合器输出与IPM输入之间在PCB上的走线应尽量短，最好不要超过3crn。
⑤驱动信号隔离要采用高共模抑制比(CMR)的高速光电耦合器，要求 tp＜0.8μs，CMR＞lOkV/μs,如6N137、TCP250 等。
⑥IGBT模块驱动端子上的黑色套管是防静电导电管，用户使用接插件引线时，取下套管后应立即插上引线；或采用焊接引线时先焊接，再剪断套管；在无防静电措施时，不要用手触摸驱动端子。
⑦焊接器件时，设备或电烙铁一定要接地。
IGBT散热器IGBT模块的散热器应根据使用条件、环境及IGBT模块参数进行匹配选择，以保证满足IGBT模块工作时对散热器的要求。
散热器表面的光洁度应小于10μm，每个螺丝之间的平面扭曲小于10μm。
为了减小接触热阻，推荐在散热器与IGBT模块之间涂上一层很薄的导热硅脂。
对于IGBT模块底板为铜板的模块，在散热器与IGBT模块均匀受力后，以从IGBT模块边缘可看出有少许导热硅脂挤出为最佳。
对于IGBT模块底板为DBC墓板的模块，散热器表面必须平整、光洁，采用丝网印刷或圆辊滚动的方法涂敷一薄层导热硅脂后，使两者均匀压接。
在为IGBT模块安装散热器时，每个螺钉需按说明书中给出的力矩拧紧。
力矩不足会导致热阻增加或运动中出现螺钉松动现象。
仅安装一个IGBT模块时，应将其装在散热器中心位置，使热阻最小。
安装几个IGBT模块时，应根据每个模块的发热情况留出相应的空间，发热大的模块应留出较多的空间。
两点安装紧固螺丝时，紧固第一个和第二个螺丝时力矩为额定力矩的1/3，然后反复多次紧固，使其达到额定力矩。
四点安装和两点安装类似。
IGBT的正确选择和使用
IGBT的正确选择和使用IGBT(双极性晶体管绝缘栅)是一种重要的功率半导体器件，广泛应用于各种工业和电力应用中。
IGBT在高电压、高电流和高频率下具有低开启电压和低开关损耗的优点，因此被认为是现代功率电子应用的理想选择。
正确选择和使用IGBT对于确保设备的稳定性和可靠性至关重要。
以下是一些关于IGBT正确选择和使用的要点：1.电压和电流等级的选择：根据应用需求和工作环境选择适当的IGBT，确保其电压和电流等级能够满足电路的工作条件。
过高的电压和电流可能导致器件失效或热失控。
2.热管理：IGBT在高功率应用中会产生大量热量，因此需要进行适当的热管理。
使用散热器、风扇或水冷系统等冷却装置来将热量散出。
确保IGBT的工作温度在其允许的范围内，以避免过热损伤。
3.驱动电路设计：IGBT需要适当的驱动电路来确保快速开关和关闭。
驱动电路应能够提供足够的电流和电压以确保IGBT的正常工作。
此外，还需要考虑电流负载的变化和保护电路。
4.保护电路设计：IGBT的应用场景可能面临电压波动、过电流、过温和瞬态过电压等问题，因此需要适当的保护电路来保护IGBT免受这些异常工作条件的损害。
5.模块封装和安装：IGBT通常以模块的形式销售，模块封装选择应考虑散热性能、电气性能和电子结构的布局。
在安装过程中，应注意连接器的正确安装和使用紧固件以确保良好的电气连接和机械固定。
6.噪声控制：IGBT在开关时会产生噪音和电磁干扰。
在设计和布线过程中，需要采取适当的噪声控制措施，如使用滤波器、屏蔽和良好的接地策略。
7.其他注意事项：在使用IGBT时，还需要注意输入电源稳定性、维护周期和环境温度等因素。
IGBT还可能需要进行特殊测试和校准，以确保其正常工作。
总结起来，IGBT的正确选择和使用需要综合考虑电压和电流等级、热管理、驱动电路设计、保护电路设计、模块封装和安装、噪声控制以及其他注意事项等因素。
正确的IGBT选择和使用可以确保设备的稳定性和可靠性，从而提高系统的性能和效率。
IGBT设备安全操作规程
IGBT设备安全操作规程
1. 引言
随着科技的进步和工业现代化的发展，功率电子器件已广泛应用于
各个工业领域中。
其中，绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）作为一种新型功率半导体器件，在工业生产中被广
泛使用。
为了确保人员安全和设备稳定性，本文旨在制定IGBT设备的
安全操作规程，以规范IGBT设备的使用和操作流程，减少操作人员的
误操作和设备的故障率。
2. IGBT设备概述
IGBT是一种基于双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）和场效应管（Field Effect Transistor，FET）的技术所开发的半导体三
极管。
它不仅有高电压、高电流承受能力，还具有大功率控制、低导
通损耗、零电压开关、可靠性高等优点。
因此，IGBT被广泛应用于电
力电子、战舰动力、航空航天、汽车工业等领域。
3. IGBT设备安全操作规程
3.1 设备安装前的准备工作
在使用IGBT设备前，必须先进行设备安装的准备工作。
主要包括：•确认设备的电压等级、电流等级、型号和规格等参数；
•根据设备的参数确定适当的电源和接线；
•确保设备安装的位置符合设备的要求，如通风、湿度等；。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
IGBT的常识及使用注意事项
一、IGBT管简介
IGBT管是绝缘栅双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的简称，它是80年代初诞生，90年代迅速发展起来的新型复合电力电子器件IGBT管是由MOSFET场效应晶体管和BJT双极型晶体管复合而成的，其输入级为MOSFET，输出级为PNP型大功率三极管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件输入阻抗高响应速度快热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有双极型器件通态电压低耐压高和输出电流大的优点，其频率特性介于MOS-FET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位IGBT管的开通和关断是由栅极电压来控制IGBT管的。
当栅极加正电压时，OSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT管导通，此时高耐压的IGBT管也具有低的通态压降在栅极上加负电压时，MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT管即关断 IGBT管与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极发射极间施加十几伏的直流电压，只有微安级的漏电流，基本上不消耗功率，显示了输入阻抗大的优点。
二、IGBT管的代换
由于IGBT管工作在大电流高电压状态，工作频率较高，发热量大，因此其故障率较高，又由于其价格较高，故代换IGBT管时，应遵循以下原则：首先，尽量用原型号的代换，这样不仅利于固定安装，也比较简便其次，如果没有相同型号的管子，可用参数相近的IGBT管来代换，一般是用额定电流较大的管子代替额定电流较小的，用高耐压的代替低耐压的，如果参数已经磨掉，可根据其额定功率来代换。
三、IGBT管的保存
保存半导体元件的场合温度与湿度应保持常温常湿状态，不应偏离太大一般地，常温规定为5~35摄氏度，常湿规定为45％~75％在冬天特别干燥的地区，需用加湿机加湿装IGBT管模块的容器，应选用不带静电的容器并尽量远离有腐蚀性气体或灰尘较多的场合在温度发生急剧变化的场所IGBT模块表面可能有结露水的现象，因此IGBT模块应放在温度变化较小的地方。
四、使用注意事项
IGBT管的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离由于此氧化膜很薄，IGBT管的UGE 的耐压值为 20V，在IGBT管加超出耐压值的电压时，会导致损坏的危险此外，在栅极发射极间开路时，若在集电极与发射极间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于集电极有漏电流流过，栅极电位升高，集电极则有电流流过这时，如果集电极与发射极间存在高电压，则有可能使IGBT管发热乃至损坏在应用中，有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压为此，通常采用双绞线来传送驱动信号，以减少寄生电感在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压，如果栅极回路不合适或者栅极回路完全不能工作时（栅极处于开路状态），若在主回路上加上电压，则IGBT管就会损坏为防止这类损坏情况发生，应在栅极一发射极之间接一只10千欧左右的电阻。
此外，由于IGBT管为MOS结构，对于静电就要十分注意因此，请注意下面几点：
(1)在使用模块时，手持分装件时，请勿触摸驱动端子部分当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电放电后，再触摸；
(2)在用导电材料连接IGBT管的驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块；
(3)尽量在底板良好接地的情况下操作如焊接时，电烙铁要可靠接地在安装或更换IGBT管时，应十分重视IGBT管与散热片的接触面状态和拧紧程度，为了减少接触热阻，最好在散热器与
IGBT管间涂抹导热硅脂，一般散热片底部安装有散热风扇，当散热风扇损坏中散热片散热不良时将导致IGBT管发热，从而发生故障，因此对散热风扇应定期进行检查，一般在散热片上靠近IGBT管的地方安装有温度感应器，当温度过高时将报警或停止IGBT管工作。
IGBT静态参数测试系统
可测试IGBT参数包括ICES、BVCES、IGESF、VGETH、VGEON、VCESAT、ICON、VF、
GFS、rCE等全直流参数，所有小电流指标保证1%重复测试精度，大电流指标保证2%以内重复测试精度。
主极电流可提供400A 500A 800A 1250A大电流测试选项
BR3500测试系统是一项高速多用途半导体分立器件智能测试系统。
它具有十分丰富的编程软件和强大的测试能力。
可真实准确测试达十九大类二十七分类大、中、小功率的半导体分立器件。
一、可测试种类
1．二极管 Diode
2．稳压（齐纳）二极管 Zener
3．晶体管 Transistor（NPN型/PNP型）
4．可控硅整流器（普通晶闸管） SCR
5．双向可控硅（双向晶闸管） TRIAC
6．MOS场效应管 Power MOSFET（N-沟/P-沟）
7．结型场效应管 J-FET （N-沟/P-沟，耗尽型/增强型）
8. 三端稳压器 REGULATOR（正电压/负电压，固定/可变）
9．绝缘栅双极大功率晶体管 IGBT（NPN型/PNP型）
10.光电耦合器 OPTO-COUPLER（NPN型/PNP型）
11.光电逻辑器件 OPTO-LOGIC
12.光电开关管 OPTO-SWITCH
13.达林顿阵列
14.固态过压保护器 SSOVP
15.硅触发开关 STS
16.继电器 RELAY（A、B、C型）
17.金属氧化物压变电阻 MOV
18.压变电阻 VARISTO
19.双向触发二极管 DIAC
二、技术参数及可实现目标
主极电压：1000V 通过内部设置可扩展到：2000V
主极电流:50A 加选件可扩展到：400A/500A/1000A/1250A
控制极电压:20V 加大电流台选件可扩展到：80V
控制极电流:10A 加大电流台选件可扩展到：40A
电压分辨率:1mV
电流分辨率:100pA 加小电流台选件可扩展到：1pA。