变流器的核心器件－MOSFET和IGBT讨论(2)

 1: 功率循环寿命： 外壳温度变化很小但结温变化频繁时的工作模式下的寿命

 2: 热循环寿命：系统从启动到停止期间温度相对缓慢变化的工作模式下的寿命
下图是功率模块的典型结构

当功率模块结温变化时, 由于膨胀系数的不同，在铝线和硅片间、硅片和绝缘基片间将产生应力应变，如果应力一直重复，结合部的热疲劳将导致产品失效。如下图

在功率模块壳温变化相对缓慢而变化幅度大的工作模式下，由于绝缘基板和铜底板的膨胀系数不同，绝缘基板和铜底板之间的焊锡层将产生应力应变。

如果应力一直重复, 焊锡层将产生裂纹。如果裂纹扩大到硅片的下方，热阻增大将导致热失控；或者热阻增加引起DTj 增加导致功率循环寿命下降，并最终导致引线剥离失效 。如下图

三菱IGBT功率模块热疲劳寿命（三菱提供）

功率器件的并联使用

要实现功率器件的并联使用，应满足两个条件：

1、并联使用功率器件的一致性好（要选用同一批次的）

2、其导通电阻或饱和压降为正温度系数

MOSFET的导通电阻都是正温度系数的，很容易实现并联使用

IGBT则不然，有的IGBT饱和压降是负温度系数的，有的IGBT饱和压降是正温度系数的。

负温度系数饱和压降的IGBT并联使用难于均流，所以，不宜并联使用。

正温度系数饱和压降的IGBT是可以并联使用的，并且能够达到很好的均流效果。

例如，INFINEON的FF450R17ME3，下图是其饱和压降的温度特性，当集电极电流大于100A时，饱和压降有良好的正温度系数。本人使用两个模块并联，输出总电流400A交流有效值，实测并联模块电流的不均匀度小于5％

三菱的CM400DU-24NFH，该器件最大额定电流为400A，这是一个开关速度很快的IGBT，其饱和压降比较大，一般应用在工作频率较高的地方，所以，总损耗较大，因此一般峰值电流在200A左右。从下图可以清楚地看到，该IGBT集电极电流小于350A时，其饱和压降为负温度系数。