摘要：對IGBT的特性及使用時(shí)的注意事項進(jìn)行了探討，提出了選擇和安裝過(guò)程中應該注意的方面。
1 IGBT模塊簡(jiǎn)介
IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(絕緣柵雙極型晶體管)的縮寫(xiě)，IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET，輸出極為PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有MOSFET器件驅動(dòng)功率小和開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點(diǎn)，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內，在現代電力電子技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應用，在較高頻率的大、中功率應用中占據了主導地位。
IGBT的等效電路如圖1所示。由圖1可知，若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅動(dòng)正電壓，則MOSFET導通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導通；若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V，則MOS 截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極—發(fā)射極間施加十幾V的直流電壓，只有在uA級的漏電流流過(guò)，基本上不消耗功率。
圖1 IGBT的等效電路
2 IGBT模塊的選擇
IGBT模塊的電壓規格與所使用裝置的輸入電源即試電電源電壓緊密相關(guān)。其相互關(guān)系見(jiàn)下表。使用中當IGBT模塊集電極電流增大時(shí)，所產(chǎn)生的額定損耗亦變大。同時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗增大，使原件發(fā)熱加劇，因此，選用IGBT模塊時(shí)額定電流應大于負載電流。特別是用作高頻開(kāi)關(guān)時(shí)，由于開(kāi)關(guān)損耗增大，發(fā)熱加劇，選用時(shí)應該降等使用。
3 使用中的注意事項
由于IGBT模塊為MOSFET結構，IGBT的柵極通過(guò)一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現電隔離。由于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般達到20～30V。因此因靜電而導致柵極擊穿是IGBT失效的常見(jiàn)原因之一。因此使用中要注意以下幾點(diǎn)：
- 在使用模塊時(shí)，盡量不要用手觸摸驅動(dòng)端子部分，當必須要觸摸模塊端子時(shí)，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸；
- 在用導電材料連接模塊驅動(dòng)端子時(shí)，在配線(xiàn)未接好之前請先不要接上模塊；
- 盡量在底板良好接地的情況下操作。
在應用中有時(shí)雖然保證了柵極驅動(dòng)電壓沒(méi)有超過(guò)柵極最大額定電壓，但柵極連線(xiàn)的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會(huì )產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線(xiàn)來(lái)傳送驅動(dòng)信號，以減少寄生電感。在柵極連線(xiàn)中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。
此外，在柵極—發(fā)射極間開(kāi)路時(shí)，若在集電極與發(fā)射極間加上電壓，則隨著(zhù)集電極電位的變化，由于集電極有漏電流流過(guò)，柵極電位升高，集電極則有電流流過(guò)。這時(shí)，如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓，則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。
在使用IGBT的場(chǎng)合，當柵極回路不正�；驏艠O回路損壞時(shí)(柵極處于開(kāi)路狀態(tài))，若在主回路上加上電壓，則IGBT就會(huì )損壞，為防止此類(lèi)故障，應在柵極與發(fā)射極之間串接一只10KΩ左右的電阻。
在安裝或更換IGBT模塊時(shí)，應十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻，最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，當散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導致IGBT模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。因此對散熱風(fēng)扇應定期進(jìn)行檢查，一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應器，當溫度過(guò)高時(shí)將報警或停止IGBT模塊工作。
4 保管時(shí)的注意事項
- 一般保存IGBT模塊的場(chǎng)所，應保持常溫常濕狀態(tài)，不應偏離太大。常溫的規定為5～35℃ ，常濕的規定在45～75％左右。在冬天特別干燥的地區，需用加濕機加濕;
- 盡量遠離有腐蝕性氣體或灰塵較多的場(chǎng)合；
- 在溫度發(fā)生急劇變化的場(chǎng)所IGBT模塊表面可能有結露水的現象，因此IGBT模塊應放在溫度變化較小的地方；
- 保管時(shí)，須注意不要在IGBT模塊上堆放重物；
- 裝IGBT模塊的容器，應選用不帶靜電的容器。
5 結束語(yǔ)
IGBT模塊由于具有多種優(yōu)良的特性，使它得到了快速的發(fā)展和普及，已應用到電力電子的各方各面。因此熟悉IGBT模塊性能，了解選擇及使用時(shí)的注意事項對實(shí)際中的應用是十分必要的。 |
