IGBT模块及IGBT驱动应用问题及解答(2)

IGBT短路电流约为标称值的4~5倍。除了600V IGBT3(后缀名为E3)短路允许时间为5us，其余均为10us。该指标在参数表中的SC data中有定义。

采用检测饱和压降进行短路保护设计时，VCEsat在5~20V范围内，根据驱动电压VGE的不同而选定，其经验值为6~8V之间。文章来源：http://www.igbt8.com/jc/171.html

IGBT模块的芯片额定最高结温是150℃。在任何工作条件下，都不允许超过，否则要发生热击穿而造成损坏，一般要留有余地，在最恶劣条件下，结温限定在125℃以下。为确保变频器IGBT的安全，都装有热敏电阻。当温度达到80~90℃时过热保护动作，从而自动停机。

栅极驱动的布线对防止潜在振荡，减慢栅极电压上升，减小噪音损耗，降低栅极电压或减小栅极保护电路的效率有较大的影响，要注意事项如下：
1)将驱动器的输出级和IGBT之间的寄生电感减至最低；
2)驱动板和屏蔽栅极驱动电路要正确放置，以防功率电路和控制电路之间的电感耦合。
3)采用辅助发射极端子连接栅极驱动电路。
4)当驱动PCB板和IGBT控制端子不可能作直接连接时，建议用双股绞线(2转/CM小于3CM长)或带状线、同轴线。
5)栅极箝位保护电路，必须按低电感布线，并尽量放置于IGBT模块的栅极，发射极控制端附近。
6)由于IGBT的开关会使用相互电位改变，PCB板的线条之间彼此不宜太近。过高的dv/dt会由寄生电存产生耦合噪声，若布线无法避免交叉或平衡时，必须采用屏蔽层，加以保护。
7)要减少各器件之间的寄生电容，避免产生耦合噪声。
8)用光耦来隔离栅极驱动信号，其最小共模抑制比要在10KV/uS，栅极回路除上述外而防止栅极电路出现高压尖峰，一般在G、E极间并个电阻Rge（10K左右），再并二只反串的稳压二极管，以使工作更可靠、安全、有效。

 在IGBT关断时，栅极要加反向偏置，由于栅极的阻抗很大，该电流令Vge增加，恶劣条件下可达阈值电压时，则IGBT将开通，导致上下臂同时开通使桥臂每一相短路，为防止这现象的发生要注意以下几点：
1)在断态时要加足够的负栅极电压值至少-5V。
2)在关断时Rg为较低值（可见表4）。
3)栅极电路的电感Lg应降至最低。

当短路情况出现时，IGBT要继续维持在短路安全工作区内，其方法有：

A、电流传感器 

B、欠饱和式但必须能测出短路到关断IGBT时间在10μs之内，常用有三种方法：

a、 控制关断—减少栅极电压（有分段或斜坡减少）增加沟道内阻。

b、 Vge箝位—Vge在18V以下，对小功率器件，可在G极与E极之间用齐纳二极管箝位。

c、 减少tw—缩短短路持续时间，但将使关断电流增大。

1)栅极与任何导电区要绝缘，以免产生静电而击穿，所以包装时将G极和E极之间要有导电泡沫塑料，将它短接。装配时切不可用手指直接接触，直到G极管脚进行永久性连接。
2)主电路用螺丝拧紧，控制极G要用插件，尽可能不用焊接方式。
3)装卸时应采用接地工作台，接地地面，接地腕带等防静电措施。
4)仪器测量时，将100Ω电阻与G极串联。
5)要在无电源时进行安装。
6)焊接G极时，电烙铁要停电并接地，选用定温电烙铁最合适。当手工焊接时，温度260℃±5℃，时间（10±1）秒，松香焊剂。波峰焊接时，PCB板要预热80℃—105℃，在245℃时浸入焊接3-4秒，松香焊剂。

A、并联目的是增大使用的工作电流，但器件要匹配，每块Vce之差 < 0.3V，还要降流使用，对600V的降10%Ic，1200-1400V的降15%Ic，1700V的降20%Ic，这组值指≥200A的模块，并要取饱和压降相等或接近的模块才行。栅控电路要分开，除静态均流外，还有动态均流问题，并使温度相接近，以免影响电流的均衡分配，因IGBT是负阻特性的器件。

B、 串联的目的是增高使用的工作电压，其要求比并联更高，主要是静态均压及动态均压问题，尤其是动态均压有一定难度。成都佳灵公司提出的容性母板技术（1+N）只串联动态电压箝位均压方式已处于工业实验阶段。若动态均压不佳，要造成串联臂各器件上的Vce电压不等，造成一个过压影响同一臂一串电击穿。

C、 总之IGBT的串并联应尽量避免，不要以低压小电流器件，通过串并联企图解决高电压大电流，这样做法往往失得其反，而器件增多可靠性更差，电路亦复杂化等，在不得而已的条件下，要慎重。目今单个IGBT的电压或电流基本能满足用户的需要，随着时代发展电路的改进，将会有更高电压，更大电流的功率器件问世，这是必然的。

 众所周知变频器内部的测量电路、保护电路、驱动电路、转换电路、隔离电路、CPU、栅极电路等，所用的电子器件，例TTL、COMS、运放、光耦等都由开关电源提供所需的不同电压值，对IGBT来讲Vge是由开关电源提供±5-15V电压，但Vce是由主电路经三相整流桥滤波后的DC电源（P N ）提供的，为确保IGBT的使用安全及误导通，故对Vge与Vce加电压次序有要求。必须是先加Vge且待稳定后（截止偏压-15V，导通偏压+15V），再可加Vce。切莫当G极悬空或未稳定时就加Vce（几百一千伏），因为Cgc极间的耦合电容就可将IGBT误导通，以致过高的dv/dt造成电击穿而损坏。为避免上述现象的发生一般用延时电路方法，使Vce延时Vge约0.2秒，这样大大的提高了使用上安全性、可靠性，尤其是中、大功率的器件更应注意的。转载请注明出处：http://www.igbt8.com/qd/40.html

22.IGBT参数该如何合理选择？

参数的选择一条原则是适当留有余地，这样才能确保长期、可靠、安全地运行。工作电压≦50%-60%，结温≦70-80%在这条件下器件是最安全的。制约因素A、在关断或过载条件下，Ic要处于安全工作区，即小于2倍的额定电流值；B、IGBT峰值电流是根据200%的过载和120%的电流脉动率下来制定的；C、结温一定小于150℃以下，指在任何情况下，包括过载和短路时。

A、开通电压15V±10%的正栅极电压，可产生完全饱和，而且开关损耗最小，当<12V时通态损耗加大，>20V时难以实现过流及短路保护。

B、关断偏压-5到-15V目的是出现噪声仍可有效关断，并可减小关断损耗最佳值约为-10V。

C、IGBT不适用线性工作，只有极快开关工作时栅极才可加较低3—11V电压。

D、饱和压降直接关系到通态损耗及结温大小，希望越小越好，但价格就要大。而且IGBT饱和压降与其开关损耗有一定的矛盾性，如果饱和压降做的很小，开关损耗很难再有较大优化，经常会在两者之间取折中。饱和压降从1.7V—4.05V以每0.25—0.3V为一个等级，从C→M十个级。