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英飞凌IGBT模块应用笔记(4)


4 数据表参数——二极管
4.1 正向电流IF 和正向特性
二极管正向电流的计算方法,类似于IGBT 额定电流(请参见第3.3 节),其中,必须使用
二极管的RthJF:
正向电流IF
图23 所示为所实现的二极管在不同结温条件下的典型正向特性。图中可以看出,二极管正向电压降的温度系数为负,这是少数载流子器件的特性。因此,二极管的传导损耗随温度的升高反而降低。
二极管的正向特性
图23 二极管的正向特性(摘自数据表)
4.2 重复性峰值正向电流IFRM
数据表中关于二极管的重复性峰值正向电流的规定,与IGBT 相对应。更多信息请参见第3.4 节。
4.3 反向恢复
当二极管处于导通状态时,PN 结被施以正向偏压(图24)。N 区中的空穴被注入电子,形成少数载流子,最终与从N 区注入的电子相结合。在二极管转换为闭锁模式之前,必须采用主动手段或被动手段,通过重新结合,减少存储在N 区中的少数电荷。两种机制同时发生。被主动移除的少数电荷被称为“恢复电荷”(Qr)。这种电荷导致半桥中的互补开关在接通瞬态过程中发生电流过冲,并产生功率损耗。
正向偏压状态下的功率二极管
 图24 正向偏压状态下的功率二极管
图25 所示为软恢复(发射极可控)二极管在关断瞬态过程中的电流和电压波形示意图。数据表中标示的峰值反向恢复电流IRM(图26)的定义是,负电流峰值绝对值与零电流之差。数据表中标示的恢复电荷Qr(图26)是积分:

积分范围为二极管零电流和峰值反向恢复电流的2%,如图25 所示。
软恢复二极管在关断瞬态过程中的电流和电压波形示意图
图25 软恢复二极管在关断瞬态过程中的电流和电压波形示意图
可以根据每个脉冲恢复的电量,计算出反向恢复过程造成的功率损耗。恢复电量被定义为如下积分:
恢复电量

积分范围为二极管反向电压的10%和峰值反向恢复电流的2%。
反向恢复电流、电荷和电量
图26 反向恢复电流、电荷和电量(摘自数据表)
所恢复的电荷,以及二极管反向恢复过程造成的功率损耗,严重依赖于结温以及换流斜率。为了表明特定应用的功率损耗,数据表中将每个二极管关断脉冲导致的功率损耗标示为,二极管正向电流及开关IGBT 的栅极电阻的函数。栅极电阻的变化与换流斜率的变化相同。
 每个脉冲造成的反向恢复功率损耗,随二极管通态电流和栅极电阻而变化的情况
图27 每个脉冲造成的反向恢复功率损耗,随二极管通态电流和栅极电阻而变化的情况(摘自数据表)
4.4 特热性
在数据表中,对二极管的热特性的标示类似于IGBT。更多信息请参见第3.11 节。
5 数据表参数——NTC 热敏电阻
5.1 NTC 阻值
功率电子器件的一个最重要的参数是,芯片温度。在大多数情况下,芯片温度由NTC 热敏电阻,间接测得。通过测定NTC 的温度,再利用热模型,即可计算出芯片的温度。关于热模型和温度测定的更多信息,请参阅参考资料[4]。
利用NTC 温度T2 的函数,即可算出NTC 的阻值:
NTC 的阻值
数据表中规定了T1=298.15K温度时的阻值(R25)(图28)。通过测定实际的NTC 阻值(R2),可以利用如下等式,计算出实际温度T2:
实际温度T2

数据表中规定了当温度为100°C 时,阻值的最大相对偏差(请参见图28)。为了避免NTC自热,必须限制功率损耗。数据表中规定了会导致NTC 温度升高1K 的功率损耗(请参见图28)。根据这个值,可以计算出NTC 的热阻Rth(NTC 到冷却液):
NTC 的热阻Rth(NTC 到冷却液)

为了确保NTC 自热不超过1K,流经NTC 的电流不能超过限值:
NTC 热敏电阻的特性值
图28 NTC 热敏电阻的特性值(摘自数据表)
5.2 B 值
为了计算出实际的NTC 阻值及NTC 的温度,必须使用B 值。B 值取决于所考虑的温度范围。通常,让人感兴趣的是温度范围25℃至100℃,因此,必须使用B25/100。如果关注的是更低的温度范围,则可使用B 值B25/80 或B25/50,以便更加精确地计算阻值。
NTC 热敏电阻的B 值
图29 NTC 热敏电阻的B 值(摘自数据表)
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