IGBT模块选型参考.docx

IGBT模块选型参考1．IGBT模块的功率损耗????IGBT关断截止时，I(t)≈o，损耗的功率可忽略。为了便于分析，将损耗分为导通损耗和开关损耗。另外，开关损耗也可分为两类：具有理想二极管时IGBT的开关损耗和考虑二极管反向恢复时间时IGBT的开关损耗。??? IGBT导通时，如果电流为方波脉冲，那么导通能量就等于电流、电压降和导通时间三者之积。IGBT在任意电流和温度时的最高电压降，根据数据表提供的数据，可按以下两步得到：??? 首先，从IGBT集电极发射极饱和电压与壳温的关系曲线上找出能满足所需电流的集电极发射极饱和电压。然后，为了得到最大压降，在给定结温下从该曲线上得出的电压降必须乘以电气特性表中给出的最大值与典型值之比。??? 如果栅极驱动电压不是15V，最大压降值还需要些修正，修正系数可参考器件公司的IGBT设计手册。如果电流不是方波脉冲，导通损耗只能用积分计算。这样必须建立电流波形和电压降的数学表达式，这些函数关系可参考器件公司的IGBT设计手册。??? 在负载为电感的电路中，开关导通引起续流二极管反向恢复，同时开关器件中产生很大的电流尖峰，从而使IGBT和续流二极管的开关损耗增加。考虑到二极管反向恢复引起的开关损耗，IGBT总的开关损耗可由下式给出：Po = Pss + Psw式中：Esw(on)为每一个脉冲对应的IGBT开通能量（在tj= 125℃、峰值电流Icp条件下）；Esw(off)为每个脉冲对应的IGBT关断能量（在tj=125℃、峰值电流Icp条件下）；Psw为变频电源每臂的PWM开关功率；Icp为正弦输出电流的峰值；Uce(sat)为IGBT的饱和电压降(在Tj= 125℃、峰值电流Icp条件下)；Fsw为开关频率；D为PWM信号占空比；θ为输出电压与电流之间的相位角（功率因数为cosθ）。??? 2．IGBT模块参数的选择??? IGBT已广泛应用于20KHz的硬开关变换器及频率更高的软开关变换器中。通常情况下，选择IGBT模块的参数时应考虑以下几个方面的因素。??? (1)功率开关器件额定值（额定电压和额定电流）??? 根据功率开关器件生产厂家提供的资料（比如日本三菱公司的应用手册），正确选用IGBT有两个关键的因素：一是功率开关器件关断时，在任何被要求的过载条件下，集电极峰值电流必须处于开关安全工作区的规定之内（即小于两倍的额定电流）；二是IGBT工作时的内部结点温度必须始终保持在150℃以下，在任何情况下，包括负载过载时，都必须如此。在使用IGBT模块的场合，选择何种电压、电流规格的IGBT模块，需要依据变换器的电路拓扑和负载特性等参数。1）电压规格。IGBT模块的电压规格与所用于电路的输入电源电压紧密相关，其相互关系见表6-1。2）电流规格。IGBT模块的集电极电流增大时，Uce上升，所产生的额定损耗亦变大。同时，开关损耗增大，元件发热加剧。因此，根据额定损耗，控制开关损耗所产生的热量在器件结温（Tj）允许值以下（通常为安全起见，以125℃以下为宜），特别是用于高频开关时，由于开关损耗增大，发热也加剧，要将集电极电流的最大值控制在直流额定电流以下使用，从经济角度考虑这是值得推荐的。??? (2)功率开关器件的安全工作区(SOA)??? 设计中很重要的一点是防止IGBT因过电压或过电流而引起损坏或工作不稳定。例如，在用于电机控制和作为变压器负载的变频电源或斩波器中．IGBT必须工作在其规范的开通过程和通态工作点额定值的正向偏置安全工作区(FBSOA)，规范其关断过程和断态工作点额定值的反向偏置安全工作区( RBSOA)和规范其短路容量的短路安全工作区( SCSOA)内。??? (3)各种降额因素的考虑??? 功率器件的基本失效率取决于工作应力（包括电、温度、振动、冲击、频率、速度、碰撞等）。除个别低应力失效的功率器件外，其他均表现为工作应力越高、失效率越高的特性。为了使功率器件的失效率降低，在电路设计时要进行降额设计，其降额程度除考虑可靠性外还需考虑体积、重量、成本等因素。对于不同的功率器件，降额标准亦不同。实践表明，大部分功率器件的基本失效率取决于电应力和温度，因而降额也主要是控制这两种应力，功率??? ②电流规格。IGBT模块的集电极电流增大时，U，s上升，所产生的额定损耗亦变大。同时，开关损耗增大，元件发热加剧。因此，根据额定损耗，控制开关损耗所产生的热量在器件结温（正）允许值以下f通常为安全起见，以125℃以下为宜），特别是用于高频开关时，由于开关损耗增大，发热也加剧，开关管电压降额系数在0. 6以下，电流降额系数在0.5以下。由于功率开关器件的实际工作条件同手册中给出的指标的测试条件是不同的，因此，实际使用中功率开关器件能达到的指标同手册中给出的指标相比都会有差别，实际使用中这