1 IGBT主要用途
    
    IGBT是先進的第三代功率模塊，工作頻率1-20KHZ，主要應(yīng)用在變頻器的主回路逆變器及一切逆變電路，即DC/AC變換中。例電動汽車、伺服控制器、UPS、電源 target=_blank>開關(guān)電源、斬波電源、無軌電車等。問世迄今有十年多歷史，幾乎已替代一切其它功率器件，例SCR、GTO、GTR、MOSFET，雙極型達林頓管等,目今功率可高達1MW的低頻應(yīng)用中，單個元件電壓可達4.0KV（PT結(jié)構(gòu)）— 6.5KV（NPT結(jié)構(gòu)），電流可達1.5KA，是較為理想的功率模塊。
    
    追其原因是第三代IGBT模塊，它是電壓型控制，輸入阻抗大，驅(qū)動功率小，控制電路簡單，開關(guān)損耗小，通斷速度快，工作頻率高，元件容量大等優(yōu)點。實質(zhì)是個復合功率器件，它集雙極型功率晶體管和功率MOSFET的優(yōu)點于一體化。又因先進的加工技術(shù)使它通態(tài)飽和電壓低，開關(guān)頻率高（可達20KHZ），這兩點非常顯著的特性，最近西門子公司又推出低飽和壓降（2.2V）的NPT—IGBT性能更佳，相繼東芝、富士、IR、摩托羅拉亦已在開發(fā)研制新品種。
    
    IGBT發(fā)展趨向是高耐壓、大電流、高速度、低壓降、高可靠、低成本為目標的，特別是發(fā)展高壓變頻器的應(yīng)用，簡化其主電路，減少使用器件，提高可靠性，降低制造成本，簡化調(diào)試工作等，都與IGBT有密切的內(nèi)在聯(lián)系，所以世界各大器件公司都在奮力研究、開發(fā)，予估近2-3年內(nèi)，會有突破性的進展。目今已有適用于高壓變頻器的有電壓型HV-IGBT，IGCT，電流型SGCT等。
    
    2 關(guān)斷浪涌電壓
    
    在關(guān)斷瞬時流過IGBT的電流，被切斷時而產(chǎn)生的瞬時電壓。它是因帶電動機感性負載（L）及電路中漏電感（Lp），其總值L＊p = L + Lp則Vp＊ = Vce + Vp而Vp = L＊p di/dt在極端情況下將產(chǎn)生Vp＊ Vces（額定電壓）導致器件的損壞發(fā)生，為此要采取盡可能減小電感（L），電路中的漏電感（Lp）—由器件制造結(jié)構(gòu)而定，例合理分布，縮短到線長度，適當加寬減厚等。
    
    3 恢復浪涌電壓
    
    續(xù)流二極管是為當IGBT下臂關(guān)斷，電感性電流就可在上臂續(xù)流管提供通路，（這時處正向?qū)ǎ鼘p小di/dt值，防止產(chǎn)生過電壓。但又當下臂導通時，續(xù)流二極管反向恢復，變?yōu)樨撝刀P(guān)斷，電流將要下降為零值，因Lp存在要產(chǎn)生浪涌電壓，阻止電流的下降，尤其當使用硬恢復二極管時，將產(chǎn)生較高的反向恢復di/dt值，可導致很高的瞬時電壓出現(xiàn)。
    
    4 緩沖電路形式
    
    用以控制關(guān)斷浪涌電壓和恢復浪涌電壓，以減少模塊的開關(guān)損耗及瞬時過電壓值而采用的。雖然IGBT具有強大的開關(guān)安全工作區(qū)，但需控制瞬時電壓值，而緩沖電路在每次開關(guān)循環(huán)中都可通過IGBT放電，故有一定功耗產(chǎn)生，但能確保使用的安全。 

    5 減小功率電路的電感
    
    浪涌電壓的能量與1/2LpI 成正比，因此減小Lp是主要的，可選用多層正負交叉，寬偏形迭層母線，包括IGBT間聯(lián)接，與大電容器的聯(lián)接等，例大功率變頻器的母排等，都采用上述方法，例羅克韋爾A-B公司等變頻器就是這樣的方法來減小功率電路的電感。
       
    6 接地回路形式
    
    當柵極G驅(qū)動或控制信號與主電流共用一個電流路徑時，會導致接地回路，這可能出現(xiàn)本應(yīng)地電位，而實際有幾伏的電位值，使本來偏置截止的器件，就可能發(fā)生導通，而造成誤動作。因此在大功率IGBT應(yīng)用中，或di/dt很高時，就難發(fā)生上述現(xiàn)象的發(fā)生，故對不用容量的器件     
    7 IGBT的損耗
    
    是指IGBT在開通或關(guān)斷過渡過程期間的功率損耗。當PWM信號頻率＞5KHZ時開關(guān)損耗會非常顯著，因此在變頻器使用時，必須正確的選擇載波頻率值的大小，是件重要的問題。具體如何選值，請參見2001年七期“變頻器世界”期刊。此文由張選正撰寫的，題目“變頻器載波頻率值正確選擇的依據(jù)”一文。
    總之載波頻率的大小與器件的開關(guān)損耗，器件的發(fā)熱，電流的波形，干擾的大小，電動機噪音和振動等有關(guān)的，因此不等功率的電動機和現(xiàn)場條件來正確選擇載波頻率值大小，亦是屬變頻器調(diào)試中一個主要環(huán)節(jié)。
    
    8 關(guān)于結(jié)溫的大小
    
    IGBT模塊的芯片******額定結(jié)溫是150℃，在任何工作條件下，都不允許超過，否則要發(fā)生熱擊穿而造成損壞，一般要留余地，在最惡劣條件下，結(jié)溫限定在125℃以下，但芯片內(nèi)結(jié)溫監(jiān)測有難度，所以變頻器的IGBT模塊，都在散熱器表面裝有溫控開關(guān)，其值在80-85℃之間，當達到此溫度時，即因過熱保護動作，從而自動停機，以確保IGBT的安全。亦有用熱敏電阻。
    
    9 散熱器的安裝
    IGBT模塊直接固定在散熱器上，螺釘一定要受力均勻。散熱器表面要平整清潔，要求平面度≤150μm，最好用力矩把手表面光潔度≤6μm，在界面要涂傳熱導電膏，涂層要均勻，厚度約150μm。
 
    10 參數(shù)的合理選擇
    參數(shù)的選擇一條原則是適當留有余地，這樣才能確保長期、可靠、安全地運行。工作電壓≤50%-60%，結(jié)溫≤70-80%在這條件下器件是最安全的。制約因素A、在關(guān)斷或過載條件下，IC要處于安全工作區(qū)，即小于2倍的額定電流值；B、IGBT峰值電流是根據(jù)200%的過載和120%的電流脈動率下來制定的；C、結(jié)溫一定<150℃以下，指在任何情況下，包括過載時。具體選用時可查表2。
       
    A、開通電壓15V±10%的正柵極電壓，可產(chǎn)生完全飽和，而且開關(guān)損耗最小，當<12V時通態(tài)損耗加大，>20V時難以實現(xiàn)過流及短路保護。
 
    B、關(guān)斷偏壓-5到-15V目的是出現(xiàn)噪聲仍可有效關(guān)斷，并可減小關(guān)斷損耗******值約為-10V。
    
    C、IGBT不適用線性工作，只有極快開關(guān)工作時柵極才可加較低3—11V電壓。
    
    D、飽和壓降直接關(guān)系到通態(tài)損耗及結(jié)溫大小，希望越小越好，但價格就要大。飽和壓降從1.7V—4.05V以每0.25—0.3V為一個等級，從C→M十個級。
    
    11 柵極電阻Rg 


    它是串接在柵極電路中可見圖3。目的是改善控制脈沖前沿，后沿的陡度和防止振蕩，減小IGBT集電極電壓的尖脈沖值。又因IGBT的開通或關(guān)斷是通過柵極電路的充放電來實現(xiàn)的，所以Rg的值對動態(tài)特性產(chǎn)生極大的影響，具體如下述：



    在直流母線電壓較高的情況下，也許有必要對這些大電流雙單元模塊采用圖IC所示的緩沖電路。在這種情況下，可選用對單元模給出的推薦組合。 

    A、 Rg值小——充放電較快，能減小開關(guān)時間和開關(guān)損耗，增強工作的耐固性，避免帶來因dv/dt的誤導通。不足的是承受噪聲能力小，易產(chǎn)生寄生振蕩，使開通時di/dt變大，增加逐流二極管（FWD） 恢復時的浪涌電壓，具體值可參見表4。
    
    B、 Rg值大——性能與上述相反。
    
    柵極驅(qū)動的布線對防止?jié)撛谡袷?，減慢柵極電壓上升，減小噪音損耗，降低柵極電壓或減小柵極保護電路的效率有較大的影響。要注意事項如下：
    
    A、 將驅(qū)動器的輸出級和IGBT之間的寄生電感減至最低。
    
    B、 驅(qū)動板和屏蔽柵極驅(qū)動電路要正確放置，以防功率電路和控制電路之間的電感耦合。
    
    C、 采用輔助發(fā)射極端子連接柵極驅(qū)動電路。
    
    D、 當驅(qū)動PCB板和IGBT控制端子不可能作直接連接時，建議用雙股絞線（2轉(zhuǎn)/CM小于3CM長）或帶狀線，同軸線。
    
    E、 柵極箝位保護電路，必須按低電感布線，并盡量放置于IGBT模塊的柵極， 發(fā)射極控制端子附近。
    
    F、 由于IGBT的開關(guān)會使用相互電位改變，PCB板的線條之間彼此不宜太近， 過高的dv/dt會由寄生電容產(chǎn)生耦合噪聲。若布線無法避免交叉或平衡時，必須采用屏蔽層，加以保護。
    
    G、 要減少各器件之間的寄生電容