正确理解IGBT模块规格书参数
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正确理解IGBT模块规格书参数
本文将阐述IGBT模块手册所规定的主要技术指标,包括电流参数、电压参数、开关参数、二极管参数及热学参数,使大家正确的理解IGBT模块规格书,为器件选型提供依据。本文所用参数数据以英飞凌IGBT模块FF450R17ME3 为例。
一、电流参数
1. 额定电流(IC nom)
大功率IGBT模块一般是由内部并联若干IGBT芯片构成,FF450R17ME3内部是3个150A 芯片并联,所以标称值为450A
额定电流可以用以下公式估算:
Tjmax–TC= VCEsat·IC nom·RthJC
VCEsat 是IC nom的函数,见规格书后图1,采用线性近似VCEsat=(IC nom+287)/310 Tjmax=150℃,TC=80℃,RthJC =0.055K/W
计算得:IC nom=500A
2. 脉冲电流(Icrm 和Irbsoa)
Icrm是可重复的开通脉冲电流(1ms仅是测试条件,实际值取决于散热情况)
Irbsoa 是IGBT可以关断的最大电流
所有模块的的Icrm和Irbsoa都是2倍额定电流值
3. 短路电流ISC
短路条件:t<10μs,Vge<15V,Rg>Rgnom(规格书中的值),Tj<125℃
短路坚固性
ØIGBT2为平面栅IGBT:5-8倍IC
ØIGBT3/IGBT4为沟槽栅IGBT:4倍IC
二、电压参数
1. 集电极-发射极阻断电压Vces
测量Vces时,G/E两极必须短路
Vces为IGBT模块所能承受的最大电压,在任何时候CE间电压都不能超过这一数值,否则将造成去器件击穿损坏
Vces和短路电流ISC一起构成了IGBT模块的安全工作区:RBSOA图
由于模块内部寄生电感△V=di/dt*Lin 在动态情况下,模块耐压和芯片耐压有所区别
2. 饱和压降VCEsat
IFX IGBT的VCEsat随温度的升高而增大,称为VCEsat具有正温度系数,利于芯片之间实现均流
VCEsat 是IC的正向函数,随增大而增大IC
VCEsat的变化
VCEsat随IC的增大而增大
VCEsat随VG的减小而增大
VCEsat 值可用来计算导通损耗
对于SPWM 控制, 导通损耗是:
三、开关参数
1. 内部门极电阻RGint
为了实现模块内部芯片的均流,模块内部集成了内部门极电阻。在计算驱动器峰值电流的时候,这个电阻值应算为门极总电阻的一部分。
外部门极电阻是客户设定的,它影响IGBT的开关速度。文章来源:
/jc/156.html
推荐的Rgext最小值在开关参数测试条件中给出客户可以使用不同的和RGon 和RGoff
最小Rgon 受限于开通di/dt,RGoff最小受限于关断dv/dt。RG过小会引起震荡而损坏IGBT
RGext 的取值
IGBT要求的RGext 的最小值
驱动器要求的RGext 的最小值
2. 外部门极电容(CGE)
为了控制高压IGBT的开启速度,推荐使用外部门极电容CGE
有了CGE ,开启过程的di/dt和dv/dt可以被分开控制,即可以用更小的RG ;从而实现了低的开关损耗和较低的开通di/dt
3. 门极电荷(QG)
QG 用来计算驱动所需功率,为VGE 在+/-15V时的典型值
4. Cies, Cres
Cies = CGE + CGC: 输入电容(输出短路)Coss = CGC + CEC:输出电容(输入短路)Cres = CGC: 反向转移电容(米勒电容) 频率f,所需的驱动功率:
5. 开关时间(tdon, tr, tdoff, tf)
开关时间很大程度上受IG(RG)、IC、VGE、Tj等参数影响,这些值可用来计算死区时间。
t PHLmax:驱动输入高到低的延时
t PLHmmin:驱动输入低到高的延时
6. 开关参数(Eon, Eoff)
英飞凌按照“10%-2%”积分限计算开关损耗,而有些其他厂商按照“10%-10%”计算,后者结果比前者会小10 –25%
Eon, Eoff受IC, VCE, 驱动能力(VGE, IG, RG), Tj和分布电感影响我们假设Eon和Eoff 正比于IC,在VCE_test(900V)的20%范围内正比于VCE,则有:
四、二极管参数
1. 阻断电压(VRRM)
类似于VCES at Tj 25℃
2. 额定电流(IF)
3. 脉冲电流(ICRM)
4. 抗浪涌能力(I2t)
这个值定义了二极管的抗浪涌电流的能力,用于选择输入熔断器。熔断器数值应该小于二极管的I2t值,熔断器的熔断速度应该小于10ms,否则应该选择I2t值更大的二极管。我们在125 ℃定义I2t值,在25 ℃下它会大得多,通过I2t值可判断二极管容流能力。文章来源:/jc/156.html
5. 正向压降(VF)
类似于VCEsat 的定义, 给出了Tj=25℃和125℃时的值, 用来计算二极管的导通损耗和普通的二极管不同,一些英飞凌二极管在电流大于一定数值区域显现电压正温度系数,这有利于二极管均流。
6. 开关参数(IRM, Qr, Erec)
二极管反向恢复受IGBT的开通di/dt, IC, Tj 等因素影响很大Irm 和Qr 仅为测试典型值, Erec 用来计算二极管的开关损耗
7. 二极管SOA
高压模块定义了二极管的安全工作区(SOA),不仅是峰值电流和电压,还包括峰值功率。瞬时峰值功率一定不能超过安全工作区曲线限定的最大值。