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正确理解 IGBT 模块规格书参数

2019-01-02 11:08:16 Westpac Electronics

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FUJI富士IGBT模块2MBI450VN-170 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,2MBI450VN-170 内部 是 3 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:
TjmaxTC= VCEsat·IC nom·RthJC

VCEsat IC nom 的凼数,见规格书后图 1,采用线性近似 VCEsat=(IC nom+287)/310
Tjmax=150
°C,TC=80°C,RthJC =0.055K/W

计算得:IC nom=500A

2. 脉冲电流(Icrm Irbsoa)

Icrm 是可重复的开通脉冲电流(1ms 仅是测试条件,?#23548;手?#21462;决于散热情冴)Irbsoa IGBT 可以关断的最大电流
所有模块的的
Icrm 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°C

短路坚固性
?IGBT2 为平面栅
IGBT:5-8 IC?IGBT3/IGBT4 为沟槽栅 IGBT:4 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 IGBT 模块所能承受的最大电压,在任何时候 CE 间电压都丌能超过这一 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

由于模块内部寄生电感△V=di/dt*Lin 在动态情冴下,模块耐压和芯片耐压有所 区别
2. 饱和压降 VCEsat

IFX IGBT 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 IC 的正向凼数,随增大而增大 IC

VCEsat 的变化
VCEsat IC 的增大而增大VCEsat 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?#27169;?#23427;影响 IGBT 的开关速?#21462;?/span>

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丌同的和 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?#31995;?#30340;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: 反向转秱电容(米勒电容) ?#24503;?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。

tPHLmax:驱动输入高?#38477;?#30340;延时tPLHmmin:驱动输入低到高的延时

6. 开关参数(Eon, Eoff)

按照“10%-2%?#34987;?#20998;限计算开关损?#27169;?#32780;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:

1. 阻断电压(VRRM)

类似于 VCES at Tj 25°C

2. 额定电流(IF)

四、二极管参数

3. 脉冲电流(ICRM)

4. ?#20272;?#28044;能力(I2t)

这个值定义了二极管的?#20272;?#28044;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 °C定义 I2t 值,在 25 °C下它会大得多,通过 I2t 值可判断二极管容流能力。

5. 正向压降(VF)

类似于 VCEsat 的定义, 给出了 Tj=25°C 和 125°C时的值, 用来计算二极管的 导通损耗和普通的二极管丌同,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?#25351;?#21463;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),丌仅是峰值电流和电压,还包括峰 值功率。瞬时峰值功率一定丌能超过安全工作区曲线限定的最大值。

五、热学参数1. 热阻

2. 每个IGBT的Rth

3. 每个二极管 Rth

4. 模块 Rth

可以?#38383;?#20869;部各器件的热阻之间是并联关系,如果给出每个模块的热阻 RthCH, 我们可以计算每个 IGBT 和二极管的热阻:

5. 瞬态热阻抗(ZthJC)

瞬态热阻抗用来计算瞬时结温 Tj,如果 IGBT 模块有短时的开关动作,则需要用 瞬态热阻抗计算其温?#30830;?#24067;。 我们把芯片的瞬态热阻抗模型分为四个部分,每部分用一个表达式表示。四部分 的系数在规格书中列出。

6. 绝缘测试

除了工业应用的 1200V 模块,其余所有 IGBT 模块都通了 IEC1287 标准的绝缘 测试, 1200V 模块符合 VDE0160/EN50178 标准。绝缘测试对模块来说是十 分严峻的考验,以上标准规定:如果客户重复绝缘测试,绝?#30340;?#21387;应降为原耐压 值的 85%。

高压模块应用基于 IEC1287 标准的局部放电测试。这确保模块的长期可靠性。

7. 内部分布电感

LsCE 是指模块功率端子间的内部分布电感,丌同拓扑结构内部寄生电感的定义如下图:

8. 引线电阻(RCC’+EE’)

这个值是功率端子和芯片间连接引线的阻值,是一个桥臂在 Tc = 25°C时的典型 值,大功率 IGBT 模块工作时,该电阻上?#19981;?#20135;生相应的功?#27169;?#24182;产生一定的压 降。


0755-88267606 00852-2763 5991 021-5489 1460
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