IGBT模块使用温度范围
IGBT参数
测试条件
最小 值
典型 值
最大 值
单位
VFM
二极管正向压降
IF＝150A, VGE = 0V
TJ = 25℃ TJ = 125℃
1.44 1.64 V
1.44 1.64
trr
二极管反向恢复时间
IF＝150A,
TJ = 25℃ TJ = 125℃
Irr
二极管反向恢复峰值电流
di/dt = 830A/μs, Vrr = 300V,
270
TJ =125℃
TJ =25℃
240
E 210
300
TJ =125℃
270
VGE =17V
VGE =15V
240
VGE =13V
VGE =11V
210
VGE =9V
180
180
V 150
IC(A)
150
120
120
IL 90
90
60
60
30
30
1.2
1.5
1.8
2.1
2.4
2.7
3.0
S VCE(V)
集电极－发射极饱和电压
输入电容 输出电容
开通延迟时间 上升时间 关断延迟时间 下降时间 开通损耗 关断损耗 总开关损耗 开通延迟时间 上升时间 关断延迟时间 下降时间 开通损耗 关断损耗 总开关损耗 门极充电电量
SRBSOA 反向安全工作区
VGE = 0V, VCE = VCES
VGE = VGES, VCE = 0V
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
4.0
VCE(V)
IGBT模块使用温度范围
IGBT模块使用温度范围1. 温度范围IGBT模块的运行温度范围是非常重要的参数。
一些设备要求工作在室温下，而另一些设备要求工作在很宽的温度范围内（如-40℃~+65℃）。
温度和散热对于系统的可靠和有效运行非常重要。
如果实际要求IGBT模块工作的电源系统工作在宽温度范围内，也要保证电源系统中的所有功率器件在宽温度范围内可靠地工作。
为达到这一目的和最大限度地减少成本，应仔细估算在两个极端温度点处是否需要达到完全的性能指标。
实际上，在极端温度点处对IGBT模块的要求越低，构成系统就可以越经济。
一些设备要求在很低温度下运行时性能不能打一点折扣，这时系统应能满足所有参数要求。
如果有些特性可以降低要求，构成系统的成本将显著降低。
降低系统在低温时对非关键参数的要求对降低模块成本有益。
在实际应用中，如果规定模块可以在最低温度下启动和在较高一些温度下完全达到性能指标是根有必要的。
如果要求在高温环境下工作，一般IGBT模块在高于一定温度值时其功率额定值会降低，即在温升20℃时输出功率减少30%。
在实际应用中，通常的工作环境温度会因气候的变化和系统运行条件的变化而变化。
模块一般不会在其指定的最高环境温度条件下持续运行相当长时间。
如果模块限制的温度控制适当，就能在大多数运行情况下，只对模块在最高环境温度下的容量作限制，使模块的功率最大化（特别是当模块的输入电压偏向下限时）。
如果要限制模块的输出容量以满足在最高环境温度下能在正常的功率范围内安全运行，则可在模块内安装适合的温度监控系统，在较低温的条件下可自动提供更大的功率。
如果模块的温度与限流性能相关联，那会带来非常显著的益处。
这一特征也可和部分恒功率特性组合起来，这样就可以尽可能地发挥它的优势。
同时要注意的是，在高温时带温度限流的模块由于输入电压使得功率损耗变化，系统在标称电压左右工作时比在最小输入电压下工作时能提供更大的电流容量。
2．改善使用环境，降低功率器件的环境温度功率器件的可靠性和使用环境有着极为密切的关系，功率器件的失效率在不同的使用环境中和其基本失效率差别很大，通常应以环境系数进行修正。
IGBT模块参数详解
IGBT模块参数详解一-IGBT静态参数•VCES：集电极-发射极阻断电压在可使用的结温范围内栅极-发射极短路状态下,允许的断态集电极-发射极最高电压;手册里VCES是规定在25°C结温条件下,随着结温的降低VCES也会有所降低;降低幅度与温度变化的关系可由下式近似描述：.模块及芯片级的VCES对应安全工作区由下图所示：文章来源：voltage of the IGBT由于模块内部杂散电感,模块主端子与辅助端子的电压差值为,由于内部及外部杂散电感,VCES在IGBT关断的时候最容易被超过;VCES在任何条件下都不允许超出,否则IGBT就有可能被击穿;•Ptot：最大允许功耗在Tc=25°C条件下,每个IGBT开关的最大允许功率损耗,及通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率;Ptot可由下面公式获得：;Maximum rating for Ptot二极管所允许的最大功耗可由相同的方法计算获得;•IC nom：集电极直流电流在可使用的结温范围内流过集电极-发射极的最大直流电流;根据最大耗散功率的定义,可以由Ptot的公式计算最大允许集电极电流;因而为了给出一个模块的额定电流,必须指定对应的结和外壳的温度,如下图所示;请注意,没有规定温度条件下的额定电流是没有意义的;Specified as data code: FF450R17ME3在上式中Ic及VCEsat Ic都是未知量,不过可以在一些迭代中获得;考虑到器件的容差,为了计算集电极额定直流电流,可以用VCEsat的最大值计算;计算结果一般会高于手册值,所有该参数的值均为整数;该参数仅仅代表IGBT的直流行为,可作为选择IGBT的参考,但不能作为一个衡量标准;•ICRM：可重复的集电极峰值电流最大允许的集电极峰值电流Tj≤150°C,IGBT在短时间内可以超过额定电流;手册里定义为规定的脉冲条件下可重复集电极峰值电流,如下图所示;理论上,如果定义了过电流持续时间,该值可由允许耗散功耗及瞬时热阻Zth计算获得;然而这个理论值并没有考虑到绑定线、母排、电气连接器的限制;因此,数据手册的值相比较理论计算值很低,但是,它是综合考虑功率模块的实际限制规定的安全工作区;•RBSOA：反偏安全工作区该参数描述了功率模块的IGBT在关断时的安全工作条件;如果工作期间允许的最大结温不被超过,IGBT芯片在规定的阻断电压下可驱使两倍的额定电流;由于模块内部杂散电感,模块安全工作区被限定,如下图所示;随着交换电流的增加,允许的集电极-发射极电压需要降额;此外,电压的降额很大程度上依赖于系统的相关参数,诸如DC-Link的杂散电感以及开关转换过程换流速度;对于该安全工作区,假定采用理想的DC-Link电容器,换流速度为规定的栅极电阻及栅极驱动电压条件下获得;Reverse bias safe operating area•Isc：短路电流短路电流为典型值,在应用中,短路时间不能超过10uS;IGBT的短路特性是在最大允许运行结温下测得;•VCEsat：集电极-发射极饱和电压规定条件下,流过指定的集电极电流时集电极与发射极电压的饱和值IGBT在导通状态下的电压降;手册的VCEsat值是在额定电流条件下获得,给出了Tj在25o C及125o C的值;Infineon的IGBT都具有正温度效应,适宜于并联;手册的VCEsat值完全为芯片级,不包含导线电阻;VCEsat随着集电极电流的增加而增加,随着Vge增加而减少;Vge不推荐使用太小的值,会增加IGBT的导通及开关损耗;VCEsat可用来计算IGBT的导通损耗,如下式描述,切线的点应尽量靠近工作点;对于SPWM控制方式,导通损耗可由下式获得：IGBT模块参数详解二-IGBT动态参数动态参数是评估IGBT模块开关性能如开关频率、开关损耗、死区时间、驱动功率等的重要依据,本文重点讨论以下动态参数：模块内部栅极电阻、外部栅极电阻、外部栅极电容、IGBT 寄生电容参数、栅极充电电荷、IGBT开关时间参数,结合可全面评估IGBT芯片的性能; RGint：模块内部栅极电阻:为了实现模块内部芯片均流,模块内部集成有栅极电阻;该电阻值应该被当成总的栅极电阻的一部分来计算器的峰值电流能力;RGext：外部栅极电阻：外部栅极电阻由用户设置,电阻值会影响IGBT的开关性能;上图中开关测试条件中的栅极电阻为Rgext的最小推荐值;用户可通过加装一个退耦合二极管设置不同的Rgon和Rgoff;已知栅极电阻和驱动电压条件下,理论峰值电流可由下式计算得到,其中栅极电阻值为内部及外部之和;实际上,受限于驱动线路杂散电感及实际栅极驱动电路非理想开关特性,计算出的峰值电流无法达到;如果驱动器的驱动能力不够,IGBT的开关性能将会受到严重的影响;最小的Rgon由开通di/dt限制,最小的Rgoff由关断dv/dt限制,栅极电阻太小容易导致震荡甚至造成IGBT及二极管的损坏;Cge：外部栅极电容：高压IGBT一般推荐外置Cge以降低栅极导通速度,开通的di/dt及dv/dt被减小,有利于降低受di/dt影响的开通损耗;IGBT寄生电容参数：IGBT寄生电容是其芯片的内部结构固有的特性,芯片结构及简单的原理图如下图所示;输入电容Cies及反馈电容Cres是衡量栅极驱动电路的根本要素,输出电容Coss限制开关转换过程的dv/dt,Coss造成的损耗一般可以被忽略;其中：Cies = C GE + C GC：输入电容输出短路Coss = C GC + C EC：输出电容输入短路Cres = C GC：反馈电容米勒电容动态电容随着集电极与发射极电压的增加而减小,如下图所示;手册里面的寄生电容值是在25V栅极电压测得,CGE的值随着VCE的变化近似为常量;CCG 的值强烈依赖于VCE的值,并可由下式估算出：IGBT所需栅极驱动功率可由下式获得：或者Q G：栅极充电电荷：栅极充电电荷可被用来优化栅极驱动电路设计,驱动电路必须传递的平均输出功率可通过栅极电荷、驱动电压及驱动频率获得,如下式：其中的Q G为设计中实际有效的栅极电荷,依赖于驱动器输出电压摆幅,可通过栅极IGBT开关时间参数电荷曲线进行较精确的近似;通过选择对应的栅极驱动输出电压的栅极电荷,实际应该考虑的Q G’可以从上图中获取;工业应用设计中,典型的关断栅极电压常被设置为0V或者-8V,可由下式近似计算：例如,IGBT的栅极电荷参数如上表,实际驱动电压为+15/-8V,则所需的驱动功率为：IGBT开关时间参数：开通延迟时间tdon：开通时,从栅极电压的10%开始到集电极电流上升至最终的10%为止,这一段时间被定义为开通延迟时间;开通上升时间tr：开通时,从集电极电流上升至最终值的10%开始到集电极电流上升至最终值的90%为止,这一段时间被定义为开通上升时间;关断延迟时间tdoff：关断时,从栅极电压下降至其开通值的90%开始到集电极电流下降到开通值的90%为止,这一段时间被定义为关断延迟时间;关断下降时间tf：关断时,集电极电流由开通值的90%下降到10%之间的时间;开关时间的定义由下图所示：因为电压的上升下降时间及拖尾电流没有制定,上述开关时间参数无法给出足够的信息用来获取开关损耗;因而,单个脉冲的能量损耗被单独给出,单个脉冲开关损耗可由下列积分公式获得：单个脉冲的开关时间及能量参数强烈地依赖于一系列具体应用条件,如栅极驱动电路、电路布局、栅极电阻、母线电压电流及结温;因而,手册里的值只能作为IGBT开关性能的参考,需要通过详细的仿真和实验获得较为精确的值;针对半桥拓扑电路,可根据手册里的开关时间参数,设置互补的两个器件在开通及关断时的死区时间;IGBT模块参数详解三-短路及寄生导通IGBT短路性能：短路特性强烈地依赖于具体应用条件,如温度、杂散电感、电路及短路回路阻抗;IGBT短路特性可用下面测试电路描述;一个IGBT短接集电极及发射极,另一个IGBT施加单个驱动脉冲;对应的电压电流典型波形如右图所示,导通IGBT的电流以一定的斜率迅速上升,速度取决于DC-Link电压及回路杂散电感;IGBT进入退饱和状态,短路电流被限制在额定电流的若干倍取决于IGBT的结构特性,集电极-发射极电压保持在高位,芯片的温度由于短路大电流造成的功耗而上升,温度上升短路电流会略微下降;在一个规定的短路维持时间tsc内,IGBT必须被关断以避免损坏;文章来源：手册规定短路电流值是典型值,在应用中短路时间不应该超过10us.IGBT寄生导通现象：IGBT半桥电路运作时的一个常见问题是因米勒电容引起的寄生导通问题,如下图所示;S2处于关断状态,S1开通时,S2两端会产生电压变化dv/dt,将会形成因自身寄生米勒电容CCG所引发的电流,这个电流流过栅极电阻RG与驱动内部电阻,造成IGBT栅极到射极上的压降,如果这个电压超过IGBT的栅极临界电压,那么就可能造成S2的寄生导通,形成短路,引起电流击穿问题,进而可能导致IGBT损坏;寄生导通的根本原因是集电极和栅极之间固有的米勒电容造成的,如果集电极与发射极之间存在高电压瞬变,由于驱动回路寄生电感,米勒电容分压器反应速度远远快于外围驱动电路;因此即使IGBT关断在0V栅极电压,dvce/dt将会造成栅极电压的上升,栅极电路的影响将被忽略;栅极发射极电压可由下式计算：由上式可知,Cres/Cies的比例应该越小越好;为了避免栅极驱动的损耗,输入电容的值也应该越小越好;因为米勒电容随着VCE的增大而减小,所以,随着集电极-发射极电压的增大,抑制dv/dt寄生导通的鲁棒性能也增加;IGBT模块参数详解四-热阻特性I的耗散功率以及额定电流的值抛开及热阻的规定是没有意义的,因此,为了比较不同的功率器件性能,有必要分析他们的热特性;功率损耗产生的热量会使器件内部的结温升高,进而降低器件及性能并缩短寿命;让从芯片结点产生的热量消散出去以降低结温是非常重要的,瞬态热阻抗Zthjct描述了器件的热量消散能力;热阻Rth的定义为硅片消耗功率并达到热平衡时,消耗单位功率导致结温相对于外部指定点的温度上升的值,是衡量能力的关键因素;RθJC结到壳热阻：是指每个开关管结合部硅片同外壳模块底板之间的热阻;该值大小完全取决于封装设计及内部框架材料;RθJC通常在Tc=25℃条件下测得,可由下式计算：Tc=25℃是采用无穷大散热器的条件,及外壳的温度与环境温度一样,该散热器可以达到Tc=Ta;IGBT模块产品手册分别规定了IGBT和反并联二极管的RΘJC值;RΘCS接触热阻,壳到散热器：是指模块底板与散热器之间热阻;该值与封装形式、导热硅脂的类型和厚度以及与散热器的安装方式有关;RΘSA散热器到大气的热阻：取决于散热器的几何结构、表面积、冷却方式及质量;当描述带基板的功率模块或分立器件的热特性时时,需要观察芯片结点、外壳、散热器的温度;手册中结到底板的热阻及底板到散热器的热阻规范如下图所示,底板到散热器的热阻R thCH定义了一个在规定的热界面材料条件下的典型值;Thermal resistance IGBT, junction to case and case to heat sink热阻Rth描述了IGBT模块在稳定状态下的热行为,而热阻抗Zth描述了IGBT模块的瞬态或者短脉冲电流下的热行为;Rth只能描述DC工作模式,大部分IGBT实际应用是以一定的占空比进行开关动作;这种动态条件下,需要考虑采用热阻加热容的方法描述其等效电路;下图显示瞬态热阻抗ZthJC是作为时间的函数,ZthJCt到达最大值RθJC时饱和;Transient Thermal Impedance of IGBTChanges in junction temperature respect to conduction time单个脉冲曲线决定了以一定占空比D的连续脉冲工作状态下的热阻,如下式：式中：Zthjct为占空比为D的连续脉冲瞬态热阻,Sthjct：单个脉冲瞬态热阻a Transient thermal impedance junction to case andb transient thermal model IGBT模块的功耗主要是通过不同材料从芯片消散到散热器,每一种功率耗散路径上的材料都具有自身的热特性;因而,IGBT模块的热阻抗行为可以使用合适的系数进行建模,得到了上图a的热阻抗曲线ZthJCt;图b中单独的RC元素没有物理意义,它们的值是由相应的分析工具,从测量的模块加热曲线上提取得到;规格书包含了部分分数系数,如上图a中表格所示;电容的值可以由下式所得：IGBT模块的热阻分布及等效电路图如下图所示：IGBT模块热阻及温度分布图IGBT模块热阻等效电路假定散热器是等温的,则有热传输与电流传输有极大的相似性,遵从热路欧姆定律,可用上图的等效电路描述热量消散通道;从芯片结点到环境中的整体热阻以RθJA表示,等效电路可由下式描述：IGBT模块一个桥臂的热阻与桥臂内IGBT及二极管的热阻关系如下图所示：如果给定模块的热阻R thCH,可以由下式计算每个IGBT和二极管的热阻：下图为逆变器在不同的工作频率下IGBT结温的仿真结果：由上图可见,即使相同的功耗,不同的工作频率会导致Tj较大的偏差,若要获得详细仿真结果,可由器件供应商的仿真软件仿真得到;IGBT模块参数详解五-模块整体参数该部分描述与机械构造相关的电气特性参数,包括绝缘耐压、主端子电阻、杂散电感、直流电压能力;绝缘耐压：为了评定的额定绝缘电压值,将所有端子连接到一起,接至高压源高端,基板接至测试仪器低压端;高阻抗高压源必须提供需要的绝缘测试电压Viso,将测试电压逐渐提升至规定值,该值可由下式确定并保持规定的时间t,然后将电压降为0;英飞凌的设计至少可达到IEC61140标准的等级1,对于内部带有NTC的,可通过在接地的NTC与其他连到一起的所有控制及主端子之间接高压,验证绝缘要求;合适的绝缘电压取决于IGBT的额定集电极-发射极电压,对于1700V IGBT模块大部分应用需要的绝缘耐压要求;但对于牵引应用,同样1700阻断电压的IGBT模块需要4KV的绝缘耐压能力;因此,选择IGBT模块时,关注应用场合是非常重要的;英飞凌除了工业应用的1200V 模块满足VDE0160/EN50178要求,其他所有的IGBT模块都按照IEC1287通过了绝缘测试;因为绝缘测试意味着模块被施加极端压力,如果客户需要重复测试,则建议降额值最初值的85%;Insulation test voltage高压模块也同样采用标准IEC1287进行局部放电试验,保证长时间工作可靠性;上图所示规格书中的绝缘耐压测试应该在IGBT模块的可靠性测试之前及之后进行,可作为该压力测试下的部分失效判据;内部NTC的绝缘只是满足一个功能性隔离要求;在栅极驱动电路失效时,绑定线有可能由于失效事件改变位置,移动的绑定线或者失效过程电弧放电产生的等离子有可能与NTC接触;因而,如果有对绝缘能力有更高的要求,需要额外增加外部绝缘隔板;杂散电感Lδ杂散电感在开关转换时会导致浪涌电压,为主要的EMI来源;同时,结合组件的寄生电容形成谐振电路,从而使电压及电流在开关瞬间震荡;有杂散电感产生的瞬间过压可由下式计算,因此为了减少关断瞬间的过压,杂散电感应该设计成最小;规格书中的IGBT模块内部杂散电感值如下图所示,取决于IGBT的拓扑结构;Module stray inductance主端子电阻：IGBT模块主端子的电阻会进一步造成压降及损耗;手册里规定的单个开关功率端子的电阻值如下图,该值是指功率端子到芯片之间连接部分阻值;主端子产生的损耗会直接加到模块的外壳上;Module lead resistance根据下图模块端子电阻的等效电路可以得到整个模块主端子的电阻为DC stability VCED对于高压模块,宇宙射线的影响会更加严重,规格书规定了会产生可忽略的失效率100fit情况下的直流电压值,如上图所示;直流稳定电压是在室温及海平面下测得,不建议设置直流电压超过VCED;。
IGBT模块参数详解
IGBT模块参数详解一-IGBT静态参数•VCES：集电极-发射极阻断电压在可使用的结温围栅极-发射极短路状态下，允许的断态集电极-发射极最高电压。
手册里VCES是规定在25°C结温条件下，随着结温的降低VCES也会有所降低。
降低幅度与温度变化的关系可由下式近似描述：.模块及芯片级的VCES对应安全工作区由下图所示：文章来源：.igbt8./jc/19.htmlCollector-emitter voltage of the IGBT由于模块部杂散电感，模块主端子与辅助端子的电压差值为，由于部及外部杂散电感，VCES在IGBT关断的时候最容易被超过。
VCES在任何条件下都不允许超出，否则IGBT就有可能被击穿。
•Ptot：最大允许功耗在Tc=25°C条件下，每个IGBT开关的最大允许功率损耗，及通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率。
Ptot可由下面公式获得：。
Maximum rating for Ptot二极管所允许的最大功耗可由相同的方法计算获得。
•IC nom：集电极直流电流在可使用的结温围流过集电极-发射极的最大直流电流。
根据最大耗散功率的定义，可以由Ptot的公式计算最大允许集电极电流。
因而为了给出一个模块的额定电流，必须指定对应的结和外壳的温度，如下图所示。
请注意，没有规定温度条件下的额定电流是没有意义的。
Specified as data code: FF450R17ME3在上式中Ic及VCEsat Ic都是未知量，不过可以在一些迭代中获得。
考虑到器件的容差，为了计算集电极额定直流电流，可以用VCEsat的最大值计算。
计算结果一般会高于手册值，所有该参数的值均为整数。
该参数仅仅代表IGBT的直流行为，可作为选择IGBT的参考，但不能作为一个衡量标准。
•ICRM：可重复的集电极峰值电流最大允许的集电极峰值电流（Tj≤150°C），IGBT在短时间可以超过额定电流。
IGBT模块参数详解
IGBT模块参数详解一-IGBT固态参数之阳早格格创做•VCES：集电极-收射极阻断电压正在可使用的结温范畴内栅极-收射极短路状态下，允许的断态集电极-收射极最下电压.脚册里VCES是确定正在25°C 结温条件下，随着结温的落矮VCES也会有所落矮.落矮幅度与温度变更的闭系可由下式近似形貌：Collector-emitter voltage of the IGBT由于模块内里纯集电感，模块主端子与辅帮端子的电压好值为，由于内里及中部纯集电感，VCES正在IGBT闭断的时间最简单被超出.VCES正在所有条件下皆不允许超出，可则IGBT便有大概被打脱.•Ptot：最大允许功耗正在Tc=25°C条件下，每个IGBT启闭的最大允许功率耗费，及通过结到壳的热阻所允许的最大耗集功率.Ptot可由底下公式赢得：.Maximum rating for Ptot二极管所允许的最大功耗可由相共的要领估计赢得.•IC nom：集电极直流电流正在可使用的结温范畴内流过集电极-收射极的最大直流电流.根据最大耗集功率的定义，不妨由Ptot的公式估计最大允许集电极电流.果而为了给出一个模块的额定电流，必须指定对付应的结战中壳的温度，如下图所示.请注意，不确定温度条件下的额定电流是不意思的.Specified as data code: FF450R17ME3正在上式中Ic及VCEsat @ Ic皆是已知量，不过不妨正在一些迭代中赢得.思量到器件的容好，为了估计集电极额定直流电流，不妨用VCEsat的最大值估计.估计截止普遍会下于脚册值，所有该参数的值均为整数.该参数只是代表IGBT的直流通为，可动做采用IGBT的参照，然而不克不迭动做一个衡量尺度.•ICRM：可沉复的集电极峰值电流最大允许的集电极峰值电流（Tj≤150°C），IGBT正在短时间内不妨超出额定电流.脚册里定义为确定的脉冲条件下可沉复集电极峰值电流，如下图所示.表里上，如果定义了过电流持绝时间，该值可由允许耗集功耗及瞬时热阻Zth估计赢得.然而那个表里值并不思量到绑定线、母排、电气对接器的节制.果此，数据脚册的值相比较表里估计值很矮，然而是，它是概括思量功率模块的本量节制确定的仄安处事区.•RBSOA：反偏偏仄安处事区该参数形貌了功率模块的IGBT正在闭断时的仄安处事条件.如果处事功夫允许的最大结温不被超出，IGBT芯片正在确定的阻断电压下可鼓励二倍的额定电流.由于模块内里纯集电感，模块仄安处事区被规定，如下图所示.随着接换电流的减少，允许的集电极收射极电压需要落额.别的，电压的落额很大程度上依好于系统的相闭参数，诸如DCLink的纯集电感以及启闭变换历程换流速度.对付于该仄安处事区，假定采与理念的DCLink电容器，换流速度为确定的栅极电阻及栅极启动电压条件下赢得.Reverse??bias??safe??operating??area•Isc：短路电流短路电流为典型值，正在应用中，短路时间不克不迭超出uS.IGBT的短路个性是正在最大允许运止结温下测得.•VCEsat：集电极收射极鼓战电压确定条件下，流过指定的集电极电流时集电极与收射极电压的鼓战值（IGBT正在导通状态下的电压落）.脚册的VCEsat值是正在额定电流条件下赢得，给出了Tj正在??oC及??oC的值.Infineon的IGBT皆具备正温度效力，相宜于并联.脚册的VCEsat值真足为芯片级，不包罗导线电阻.VCEsat随着集电极电流的减少而减少，随着Vge减少而缩小.Vge不推荐使用太小的值，会减少IGBT的导通及启闭耗费.VCEsat可用去估计IGBT的导通耗费，如下式形貌，切线的面应尽管靠拢处事面.对付于SPWM统制办法，导通耗费可由下式赢得：IGBT模块IGBT模块固态参数可周到评估IGBT芯片的本能.RGint：模块内里栅极电阻:为了真止模块内里芯片均流，模块内里集成有栅极电阻.该电阻值该当被当成总的栅极电阻的一部分去估计IGBT启动器的峰值电流本领.RGext：中部栅极电阻：中部栅极电阻由用户树坐，电阻值会做用IGBT的启闭本能.上图中启闭尝试条件中的栅极电阻为Rgext的最小推荐值.用户可通过加拆一个退耦合二极管树坐分歧的Rgon战Rgoff.已知栅极电阻战启动电压条件下，IGBT启动其中：Cies = CGE + CGC：输进电容（输出短路）Coss = CGC + CEC：输出电容（输进短路）Cres = CGC：反馈电容（米勒电容）动向电容随着集电极与收射极电压的减少而减小，如下图所示.脚册内里的寄死电容值是正在25V栅极电压测得，CGE的值随着VCE的变更近似为常量.CCG的值热烈依好于VCE的值，并可由下式估算出：IGBT所需栅极启动功率可由下式赢得：大概者QG：栅极充电电荷：栅极充电电荷可被用去劣化栅极启动电路安排，启动电路必须传播的仄稳输出功率可通过栅极电荷、启动电压及启动频次赢得，如下式：其中的QG为安排中本量灵验的栅极电荷，依好于启动器输出电压晃幅，可通过栅极IGBT启闭时间参数电荷直线举止较透彻的近似.通过采用对付应的栅极启动输出电压的栅极电荷，本量该当思量的QG’不妨从上图中获与.工业应用安排中，典型的闭断栅极电压常被树坐为0V大概者-8V，可由下式近似估计：比圆，IGBT的栅极电荷参数如上表，本量启动电压为+15/-8V，则所需的启动功率为：IGBT启闭时间参数：启通延缓时间td(on)：启通时，从栅极电压的10%启初到集电极电流降下至最后的10%为止，那一段时间被定义为启通延缓时间.启通降下时间tr：启通时，从集电极电流降下至最后值的10%启初到集电极电流降下至最后值的90%为止，那一段时间被定义为启通降下时间.闭断延缓时间td(off)：闭断时，从栅极电压下落至其启通值的90%启初到集电极电流下落到启通值的90%为止，那一段时间被定义为闭断延缓时间.闭断下落时间tf：闭断时，集电极电流由启通值的90%下落到10%之间的时间.启闭时间的定义由下图所示：果为电压的降下下落时间及拖尾电流不制定，上述启闭时间参数无法给出脚够的疑息用去获与启闭耗费.果而，单个脉冲的能量耗费被单独给出，单个脉冲启闭耗费可由下列积分公式赢得：单个脉冲的启闭时间及能量参数热烈天依好于一系列简直应用条件，如栅极启动电路、电路筹备、栅极电阻、母线电压电流及结温.果而，脚册里的值只可动做IGBT启闭本能的参照，需要通过仔细的仿真战真验赢得较为透彻的值.针对付半桥拓扑电路，可根据脚册里的启闭时间参数，树坐互补的二个器件正在启通及闭断时的死区时间.IGBT短路本能：IGBT模块脚册确定短路电流值是典型值，正在应用中短路时间不该该超出10us.IGBT寄死导通局里：IGBT半桥电路运做时的一个罕睹问题是果米勒电容引起的寄死导通问题，如下图所示.S2处于闭断状态，S1启通时，S2二端会爆收电压变更（dv/dt），将会产死果自己寄死米勒电容CCG所激励的电流，那个电流流过栅极电阻RG与启动内里电阻，制成IGBT栅极到射极上的压落，如果那个电压超出IGBT的栅极临界电压，那么便大概制成S2的寄死导通，产死短路，引起电流打脱问题，从而大概引导IGBT益坏.寄死导通的根根源基本果是集电极战栅极之间固有的米勒电容制成的，如果集电极与收射极之间存留下电压瞬变，由于启动回路寄死电感，米勒电容分压器反应速度近近快于中围启动电路.果此纵然IGBT闭断正在0V栅极电压，dvce/dt将会制成栅极电压的降下，栅极电路的做用将被忽略.栅极收射极电压可由下式估计：由上式可知，Cres/Cies的比率该当越小越佳.为了预防栅极启动的耗费，输进电容的值也该当越小越佳.果为米勒电容随着VCE的删大而减小，所以，随着集电极-收射极电压的删大，压制dv/dt寄死导通的鲁棒本能也减少.IGBT模块参数详解四-热阻个性IGBT模块的耗集功率以及额定电流的值扔启IGBT模块温度及热阻的确定是不意思的，果此，为了比较分歧的功率器件本能，有需要分解他们的热个性.IGBT模块功率耗费爆收的热量会使器件内里的结温降下，从而落矮器件及IGBT 变流器本能并收缩寿命.让从芯片结面爆收的热量消集进去以落矮结温利害常要害的，瞬态热阻抗Zthjc(t)形貌了器件的热量消集本领.热阻Rth的定义为硅片消耗功率并达到热仄稳时，消耗单位功率引导结温相对付于中部指定面的温度降下的值，是衡量IGBT集热本领的闭键果素. RθJC(结到壳热阻)：是指每个启闭管分离部(硅片)共中壳(模块底板)之间的热阻.该值大小真足与决于启拆安排及内里框架资料.RθJC常常正在Tc=25℃条件下测得，可由下式估计：Tc=25℃是采与无贫大集热器的条件，及中壳的温度与环境温度一般，该集热器不妨达到Tc=Ta.IGBT模块产品脚册分别确定了IGBT战反并联二极管的RΘJC值.RΘCS(交战热阻，壳到集热器)：是指模块底板与集热器之间热阻.该值与启拆形式、导热硅脂的典型战薄度以及与集热器的拆置办法有闭. RΘSA(集热器到大气的热阻)：与决于集热器的几许结构、表面积、热却办法及品量.当形貌戴基板的功率模块大概分坐器件的热个性常常，需要瞅察芯片结面、中壳、集热器的温度.脚册中结到底板的热阻及底板到集热器的热阻典型如下图所示，底板到集热器的热阻RthCH定义了一个正在确定的热界里资料条件下的典型值. Thermal resistance IGBT, junction to case and case to heat sink 热阻Rth形貌了IGBT模块正在宁静状态下的热止为，而热阻抗Zth形貌了IGBT模块的瞬态大概者短脉冲电流下的热止为.Rth只可形貌DC处事模式，大部分IGBT本量应用是以一定的占空比举止启闭动做.那种动向条件下，需要思量采与热阻加热容的要领形貌其等效电路.下图隐现瞬态热阻抗ZthJC是动做时间的函数，ZthJC(t)到达最大值RθJC时鼓战.Transient Thermal Impedance of IGBTChanges in junction temperature respect to conduction time 单个脉冲直线决断了以一定占空比(D)的连绝脉冲处事状态下的热阻，如下式：式中：Zthjc(t)为占空比为D的连绝脉冲瞬态热阻，Sthjc(t)：单个脉冲瞬态热阻a) Transient thermal impedance junction to case and b)transient thermal modelIGBT模块的功耗主假如通太过歧资料从芯片消集到集热器，每一种功率耗集路径上的资料皆具备自己的热个性.果而，IGBT模块的热阻抗止为不妨使用符合的系数举止修模，得到了上图a的热阻抗直线ZthJC(t).图b中单独的RC 元素不物理意思，它们的值是由相映的分解工具，从丈量的模块加热直线上提博得到.规格书籍包罗了部分分数系数，如上图a中表格所示.电容的值不妨由下式所得：IGBT模块的热阻分集及等效电路图如下图所示：IGBT模块热阻及温度分集图IGBT模块热阻等效电路假定集热器是等温的，则有热传输与电流传输有极大的相似性，遵从热路欧姆定律，可用上图的等效电路形貌热量消集通讲.从芯片结面到环境中的真足热阻以RθJA表示，等效电路可由下式形貌：IGBT模块一个桥臂的热阻与桥臂内IGBT及二极管的热阻闭系如下图所示：如果给定模块的热阻RthCH，不妨由下式估计每个IGBT战二极管的热阻：下图为顺变器正在分歧的处事频次下IGBT结温的仿真截止：由上图可睹，纵然相共的功耗，分歧的处事频次会引导Tj 较大的偏偏好，若要赢得仔细仿真截止，可由器件供应商的仿真硬件仿真得到.IGBT模块参数详解五-模块真足参数该部分形貌与IGBT模块板滞构制相闭的电气个性参数，包罗绝缘耐压、主端子电阻、纯集电感、直流电压本领.绝缘耐压：为了评比IGBT模块的额定绝缘电压值，将所有端子对接到所有，接至下压源下端，基板接至尝试仪器矮压端.下阻抗下压源必须提供需要的绝缘尝试电压Viso，将尝试电压渐渐提下至确定值，该值可由下式决定并脆持确定的时间t，而后将电压落为0.英飞凌的IGBT模块安排起码可达到IEC61140尺度的等第1，对付于内里戴有NTC的IGBT模块，可通过正在接天的NTC与其余连到所有的所有统制及主端子之间接下压，考证绝缘央供.符合的绝缘电压与决于IGBT的额定集电极-收射极电压，对付于1700V IGBT模块大部分应用需要2.5KV的绝缘耐压央供.然而对付于牵引应用，共样1700阻断电压的IGBT模块需要4KV的绝缘耐压本领.果此，采用IGBT模块时，闭注应用场合利害常要害的.英飞凌除了工业应用的1200V模块谦脚VDE0160/EN50178央供，其余所有的IGBT模块皆依照IEC1287通过了绝缘尝试.果为绝缘尝试表示着模块被施加极度压力，如果客户需要沉复尝试，则修议落额值最初值的85%.Insulation test voltage 下压模块也共样采与尺度IEC1287举止局部搁电考查，包管万古间处事稳当性.上图所示规格书籍中的绝缘耐压尝试该当正在IGBT模块的稳当性尝试之前及之后举止，可动做该压力尝试下的部分做废判据.内里NTC的绝缘不过谦脚一个功能性断绝央供.正在栅极启动电路做废时，绑定线有大概由于做废事变改变位子，移动的绑定线大概者做废历程电弧搁电爆收的等离子有大概与NTC交战.果而，如果有对付绝缘本领有更下的央供，需要特殊减少中部绝缘隔板.纯集电感Lδ纯集电感正在启闭变换时会引导浪涌电压，为主要的EMI 根源.共时，分离组件的寄死电容产死谐振电路，从而使电压及电流正在启闭瞬间震荡.有纯集电感爆收的瞬间过压可由下式估计，果此为了缩小闭断瞬间的过压，纯集电感该当安排成最小.规格书籍中的IGBT模块内里纯集电感值如下图所示，与决于IGBT的拓扑结构.Module stray inductance主端子电阻：IGBT模块主端子的电阻会进一步制成压落及耗费.脚册里确定的单个启闭功率端子的电阻值如下图，该值是指功率端子到芯片之间对接部分阻值.主端子爆收的耗费会间接加到模块的中壳上.Module lead resistance根据下图模块端子电阻的等效电路不妨得到所有模块主端子的电阻为DC stability (VCED)对付于下压模块，宇宙射线的做用会越收宽沉，规格书籍确定了会爆收可忽略的做废用100fit情况下的直流电压值，如上图所示.直流宁静电压是正在室温及海仄里下测得，不修议树坐直流电压超出VCED.。
IGBT模块参数详解四-NTC热敏电阻
IGBT模块参数详解四-NTC热敏电阻
IGBT结温是功率电子器件最重要的参数之一，器件在运行中测量此温度是非常困难的。
一个方法是通过使用IGBT模块内部的NTC(热敏电阻)近似估计芯片稳定工作状态的温度，此方法不适用与测量快速变化的IGBT温度。
芯片温度可以通过建立一个热模型及测量NTC的温度计算得到，可以通过下式计算温度T2时的NTC电阻值
温度T1=298.15K时的电阻R25的值在手册里有规定，如下图
根据实际测量的NTC电阻R2的值，温度T2的值可由下式计算
电阻的最大相对偏差由定义在100度下的ΔR/R值来表示。
为了避免NTC的自加热，NTC 自身的功耗需要被限定。
为了限定NTC的自身温升不超过最大允许值1K，通过NTC的电流可以由下式计算。
为了更精确地计算NTC的电阻及温度值，需要不同的B值。
B值取决于于所考虑的温度范围。
25度到100度为最常见温度范围，因此会使用B25/100的值。
在较低的温度范围内，可以使用B25/80或B25/50的值，这样会在较低的温度范围内计算的电阻值更精确。
B-values of the NTC-thermistor
采用NTC的温度测量方式不适用与短路检测或短时间内过载检测，可以用来当长时间的过载条件下运行或者冷却系统故障时保护模块。
IGBT模块损耗、温度与安全工作区
IGBT模块损耗、温度与安全工作区文章来源：/IGBT模块的损耗：IGBT模块由IGBT部分和FWD部分构成，IGBT模块的损耗源于内部IGBT和反并联二极管（续流FWD、整流）芯片的损耗，它们各自发生的损耗的合计即为IGBT模块整体发生的损耗。
另外发生的损耗可分为稳态和交换损耗。
如对上述内容进行整理可表述如下。
IGBT并不是一个理想开关，主要体现在：（1）IGBT在导通时有饱和电压-Vcesat（2）IGBT在开关时有开关能耗-Eon和Eoff这是IGBT产生损耗的根源。
Vcesat造成导通损耗，Eon和Eoff造成开关损耗。
导通损耗 + 开关损耗 = IGBT总损耗。
FWD也存在两方面的损耗，因为：（1）在正向导通（即续流）时有正向导通电压：Vf；（2）在反向恢复的过程中有反向恢复能耗：Erec。
Vf造成导通损耗，Erec造成开关损耗。
导通损耗 + 开关损耗 = FWD总损耗Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec体现了IGBT/FWD芯片的技术特征。
因此IGBT/FWD芯片技术不同，Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec也不同。
IGBT的总损耗可分为静态损耗和动态损耗。
其中静态损耗包括通态损耗和断态损耗；动态损耗（开关损耗），包括开通损耗和关断损耗。
器件处于关断时，器件中流过的电流约等于零，电压、电流乘积很小，可以忽略不计，因此计算静态损耗的时候，可以不考虑断态损耗。
我们平常所说的静态损耗，一般是指通态损耗。
IGBT模块的损耗-IGBT导通损耗：IGBT开通后，工作在饱和状态下，IGBT集射极间电压基本不变，约等于饱和电压Vcesat。
IGBT通态损耗是指IGBT导通过程中，由于导通压降Vcesat而产生的损耗。
Vcesat和Ic的关系可以用下图的近似线性法来表示：Vcesat = Vt0 + Rce * IcIGBT的导通损耗：Pcond = d * Vcesat * Ic，其中d为IGBT的导通占空比。
大功率IGBT智能驱动模块使用手册说明书
WEPOWER2PD632大功率IGBT智能驱动模块使用手册WEPOWER 系列大功率IGBT智能驱动模块是特别为大功率IGBT设计的更为可靠，安全的智能驱动模块。
本产品已获得国家专利授权。
WEPOWER公司推出的系列大功率IGBT智能驱动模块驱动功率大、设计精巧、功能齐全，使用方便，填补了国内在大功率IGBT智能驱动器领域的空白，对我国电力电子技术及相关产业的发展起到了非常积极的促进作用。
我公司生产的2PD632双通道大功率IGBT智能驱动模块可直接替代CONPECT公司的2SD315型产品。
1．主要特点、技术指标和运用1）主要特点：* 适用于大功率IGBT模块驱动* 带短路、过流以及欠压保护* 软关断保护技术* 特别可靠和耐用* 高电气隔离* 开关频率从0～150KHZ* 占空比：0～100%* 抗干扰强，dv/dt>100,000V/us* 内部集成DC/DC电源2）技术指标驱动通道数：2通道；适用母线电压：≤1700V；额定输入电压：15V（±0.5V）；最大驱动电流：±32A；内置DC/DC功率：2*6W；PWM输入电平：0-16V（兼容TTL和COMS）；额定驱动电压：+15V/-10V；操作温度范围：2PD632I：-40℃～+85℃2PD632J： -40℃～+105℃2PD632M：-55℃～+125℃最大指标符号 定 义 参数 单位 VDD 原边供电电压 16 V VDC 原边供电电压 15.6 V V输入信号电压（高） VS+0.3 V iHV输入信号电压（低） GND-0.3 V iLIout输出峰值电流 16 A PEAK输出平均电流 250 mA IoutAVmax最大开关频率 100 kHz fmax最高C、 E极监测电压 1700 V VCEdv/dt 电压上升率 50 kV/usVisoIIO输入输出隔离电压（AC,RMS,2S） 4000 VVisoIPD 局部放电截止电压,RMS,QPD≤10PC 2000 VVisoI12通道1和通道2隔离电压（AC,RMS,2S）2000 VRGonmin最小开通电阻 0.5 ΩRGoffmin最小关断电阻 0.5 ΩQout/pulse单个脉冲最大输出电能 23 uCTop 使用温度2PD632I -40℃～+85℃℃2PD632J -40℃～+105℃2PD632M -55℃～+125℃Tstg 存储温度2PD632I -55℃～+105℃℃2PD632J -55℃～+125℃2PD632M -60℃～+130℃特性指标符号 定 义参数单位 最小 典型 最大VDD 原边供电电压 14 15 16 V VDC DC/DC供电电压 14.5 15 15.6ISO 原边空载电流 80 mA 原边最大电流 1000 mAVi输入信号电压 15/0 VViT+逻辑高输入门限电压3.5 - - VViT-逻辑低输入门限电压- - 1.5 VVG(on)门极开通电压 +15 VVG(off)门极关断电压 -10 Vtd(on)开通延迟时间 0.2 ustd(off)关断延迟时间 0.22 ustd(err)故障输出延迟时间 0.5 ustTD 通道1和通道2内部默认死区时间1.8 usCPS原副边耦合电容 17 pF VCEsat VEC过流保护门限 9 V W 重量 35 gMTBF 平均无故障时间（Ta=40℃,最大负载）1.6 106h3）应用z逆变器z电机驱动z机车牵引z大功率变换器z大型开关电源2、2PD632外形尺寸及引脚排列引脚功能引脚功能1 VDD +15V 输入端电源2 VDD +15V输入端电源3 SO1 通道A故障输出4 /RST 复位输入5 CA 通道A死区电容6 inB B通道输入7 CB 通道B死区电容8 NC9 SO2 通道B故障输出10 inA A通道输入11 GND 输入端电源地12 GND 输入端电源地13 VDC 内部DC/DC +15V 输入14 VDC 内部DC/DC +15V 输入15 VDC 内部DC/DC +15V 输入16 VDC 内部DC/DC +15V 输入17 VDC 内部DC/DC +15V 输入18 GND(dc) 内部DC/DC电源地19 GND(dc) 内部DC/DC电源地20 GND(dc) 内部DC/DC电源地21 GND(dc) 内部DC/DC电源地22 GND(dc) 内部DC/DC电源地44 G1 通道1门极输出43 G1 通道1门极输出42 COM1 通道1公共端41 COM1 通道1公共端40 NC39 E1 通道1E极38 E1 通道1E极37 NC36 C1 通道1C极检测端35 NC34 NC33 NC32 G2 通道2门极输出31 G2 通道2门极输出30 COM2 通道2公共端29 COM2 通道2公共端28 NC27 E2 通道2E极26 E2 通道2E极25 NC24 C2 通道2C极检测端23 NC3．应用举例下图是2PD632的运用参考电路。
IGBT模块损耗、温度与安全工作区
IGBT模块损耗、温度与安全工作区IGBT模块的损耗：IGBT模块由IGBT部分和FWD部分构成，IGBT模块的损耗源于内部IGBT和反并联二极管（续流FWD、整流）芯片的损耗，它们各自发生的损耗的合计即为IGBT模块整体发生的损耗。
另外发生的损耗可分为稳态和交换损耗。
如对上述内容进行整理可表述如下。
IGBT并不是一个理想开关，主要体现在：（1）IGBT在导通时有饱和电压-Vcesat（2）IGBT在开关时有开关能耗-Eon和Eoff这是IGBT产生损耗的根源。
Vcesat造成导通损耗，Eon和Eoff造成开关损耗。
导通损耗+ 开关损耗= IGBT总损耗。
FWD也存在两方面的损耗，因为：（1）在正向导通（即续流）时有正向导通电压：Vf；（2）在反向恢复的过程中有反向恢复能耗：Erec。
Vf造成导通损耗，Erec造成开关损耗。
导通损耗+ 开关损耗= FWD总损耗Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec体现了IGBT/FWD芯片的技术特征。
因此IGBT/FWD芯片技术不同，Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec也不同。
IGBT的总损耗可分为静态损耗和动态损耗。
其中静态损耗包括通态损耗和断态损耗；动态损耗（开关损耗），包括开通损耗和关断损耗。
器件处于关断时，器件中流过的电流约等于零，电压、电流乘积很小，可以忽略不计，因此计算静态损耗的时候，可以不考虑断态损耗。
我们平常所说的静态损耗，一般是指通态损耗。
IGBT模块的损耗-IGBT导通损耗：IGBT开通后，工作在饱和状态下，IGBT集射极间电压基本不变，约等于饱和电压Vcesat。
IGBT通态损耗是指IGBT导通过程中，由于导通压降Vcesat而产生的损耗。
Vcesat和Ic的关系可以用下图的近似线性法来表示：Vcesat = Vt0 + Rce * IcIGBT的导通损耗：Pcond = d * Vcesat * Ic，其中d为IGBT的导通占空比。
IGBT模块使用温度范围
IGBT模块使用温度范围1. 温度范围IGBT模块的运行温度范围是非常重要的参数。
一些设备要求工作在室温下，而另一些设备要求工作在很宽的温度范围内（如-40℃~+65℃）。
温度和散热对于系统的可靠和有效运行非常重要。
如果实际要求IGBT模块工作的电源系统工作在宽温度范围内，也要保证电源系统中的所有功率器件在宽温度范围内可靠地工作。
为达到这一目的和最大限度地减少成本，应仔细估算在两个极端温度点处是否需要达到完全的性能指标。
实际上，在极端温度点处对IGBT模块的要求越低，构成系统就可以越经济。
一些设备要求在很低温度下运行时性能不能打一点折扣，这时系统应能满足所有参数要求。
如果有些特性可以降低要求，构成系统的成本将显著降低。
降低系统在低温时对非关键参数的要求对降低模块成本有益。
在实际应用中，如果规定模块可以在最低温度下启动和在较高一些温度下完全达到性能指标是根有必要的。
如果要求在高温环境下工作，一般IGBT模块在高于一定温度值时其功率额定值会降低，即在温升20℃时输出功率减少30%。
在实际应用中，通常的工作环境温度会因气候的变化和系统运行条件的变化而变化。
模块一般不会在其指定的最高环境温度条件下持续运行相当长时间。
如果模块限制的温度控制适当，就能在大多数运行情况下，只对模块在最高环境温度下的容量作限制，使模块的功率最大化（特别是当模块的输入电压偏向下限时）。
如果要限制模块的输出容量以满足在最高环境温度下能在正常的功率范围内安全运行，则可在模块内安装适合的温度监控系统，在较低温的条件下可自动提供更大的功率。
如果模块的温度与限流性能相关联，那会带来非常显著的益处。
这一特征也可和部分恒功率特性组合起来，这样就可以尽可能地发挥它的优势。
同时要注意的是，在高温时带温度限流的模块由于输入电压使得功率损耗变化，系统在标称电压左右工作时比在最小输入电压下工作时能提供更大的电流容量。
2．改善使用环境，降低功率器件的环境温度功率器件的可靠性和使用环境有着极为密切的关系，功率器件的失效率在不同的使用环境中和其基本失效率差别很大，通常应以环境系数进行修正。
IGBT基本参数详解解读
IGBT基本参数详解解读第一部分 IGBT模块静态参数1,,集射极阻断电压在可使用的结温范围内,栅极和发射极短路状况下,集射极最高电压。
手册里一般为25?下的数据,随着结温的降低,会逐渐降低。
由于模块内外部的杂散电感,IGBT在关断时最容易超过限值。
2,,最大允许功耗在25?时,IGBT开关的最大允许功率损耗,即通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率。
其中,为结温,为环境温度。
二极管的最大功耗可以用同样的公式获得。
在这里,顺便解释下这几个热阻,结到壳的热阻抗,乘以发热量获得结与壳的温差,芯片热源到周围空气的总热阻抗,乘以发热量获得器件温升,芯片结与PCB间的热阻抗,乘以单板散热量获得与单板的温差。
3,集电极直流电流在可以使用的结温范围流集射极的最大直流电流。
根据最大耗散功率的定义,可以由最大耗散功率算出该值。
所以给出一个额定电流,必须给出对应的结和外壳的温度。
)4,可重复的集电极峰值电流规定的脉冲条件下,可重复的集电极峰值电流。
5,RBSOA,反偏安全工作区IGBT关断时的安全工作条件。
如果工作期间的最大结温不被超过,IGBT在规定的阻断电压下可以驱使两倍的额定电流。
6, 短路电流短路时间不超过10us。
请注意,在双脉冲测试中,上管GE之间如果没有短路或负偏压,就很容易引起下管开通时,上管误导通,从而导致短路。
7, 集射极导通饱和电压在额定电流条件下给出,Infineon的IGBT都具有正温度效应,适宜于并联。
随集电极电流增加而增加,随着增加而减小。
可用于计算导通损耗。
根据IGBT的传输特性,计算时,切线的点尽量靠近工作点。
对于SPWM方式,导通损耗由下式获得,M为调制因数,为输出峰值电流,为功率因数。
第二部分 IGBT模块动态参数1,模块内部栅极电阻为了实现模块内部芯片的均流,模块内部集成了栅极电阻,该电阻值常被当成总的驱动电阻的一部分计算IGBT驱动器的峰值电流能力。
2,外部栅极电阻数据手册中往往给出的是最小推荐值,可以通过以下电路实现不同的和。
功率模块IGBT、IPM、PIM性能综述说明书
功率模块IGBT、IPM、PIM 的性能及使用时有关问题的综述1 IGBT主要用途IGBT是先进的第三代功率模块，工作频率1-20KHZ，主要应用在变频器的主回路逆变器及一切逆变电路，即DC/AC变换中。
例电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源、无轨电车等。
问世迄今有十年多历史，几乎已替代一切其它功率器件，例SCR、GTO、GTR、MOSFET，双极型达林顿管等,目今功率可高达1MW的低频应用中，单个元件电压可达4.0KV（PT结构）— 6.5KV（NPT结构），电流可达1.5KA，是较为理想的功率模块。
追其原因是第三代IGBT模块，它是电压型控制，输入阻抗大，驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率高，元件容量大等优点。
实质是个复合功率器件，它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体化。
又因先进的加工技术使它通态饱和电压低，开关频率高（可达20KHZ），这两点非常显著的特性，最近西门子公司又推出低饱和压降（2.2V）的NPT—IGBT性能更佳，相继东芝、富士、IR、摩托罗拉亦已在开发研制新品种。
IGBT发展趋向是高耐压、大电流、高速度、低压降、高可靠、低成本为目标的，特别是发展高压变频器的应用，简化其主电路，减少使用器件，提高可靠性，降低制造成本，简化调试工作等，都与IGBT有密切的内在联系，所以世界各大器件公司都在奋力研究、开发，予估近2-3年内，会有突破性的进展。
目今已有适用于高压变频器的有电压型HV-IGBT，IGCT，电流型SGCT等。
2 关断浪涌电压在关断瞬时流过IGBT的电流，被切断时而产生的瞬时电压。
它是因带电动机感性负载(L)及电路中漏电感(Lp)，其总值L*p = L + Lp则Vp* = Vce + Vp而Vp = L*p di/dt在极端情况下将产生Vp* Vces（额定电压）导致器件的损坏发生，为此要采取尽可能减小电感(L)，电路中的漏电感(Lp)—由器件制造结构而定，例合理分布，缩短到线长度，适当加宽减厚等。
IGBT模块的参数及特性曲线的解读
典型输出特性曲线
上图中左下角为IGBT的datasheet给出的曲线，通常这个图只给出额定电流的2倍的曲线， 电流再大的部分属于定性不定量的示意图，但可以帮助我们更好地理解特性曲线。
曲线解读： 1. IGBT不允许长时间工作在线性区，否则导通损耗非常大；而门极电压越低时，IGBT越容易
进入线性区，通常选取+15V作为门极开通电压； 2. 以15V门极电压为例，图中绿色曲线为IGBT开通时的运动轨迹，黄色曲线为关断时的运动轨
实线部分为IGBT模块的安全工作区，受模块内部杂 散电感等的影响，曲线有一个缺口，安全工作区的 范围稍微缩小。
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RBSOA（反偏安全工作区）
下面是一个200A/650V 的IGBT模块的安全工作区曲线，蓝色和红色曲线分别为 IGBT模块和芯片的关断工作轨迹。
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IC（集电极电流）
IC的含义是，在给定的IGBT壳温和结温条件下，在IGBT最大功耗Ptot所允 许的限度内，可连续流向集电极的直流电流的最大值。我们平常说的多 少安培电流的IGBT，指的是集电极的额定电流，即下表中的ICnom。
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典型输出特性曲线
右图是相 同结温， 不同门极 电压下的 典型输出 特性曲线。
线性区
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IGBT模块：技术、驱动和应用
IGBT模块：技术、驱动和应用IGBT模块是一种集成了多个功率晶体管的集成电路，它能够承受高电压和高电流，广泛应用于电力变换和工业控制领域。
IGBT模块的技术、驱动和应用，是电力电子学、微电子学和电气工程领域的重要内容。
本文将针对IGBT模块的技术、驱动和应用进行详细的分析和讨论。
一、技术1. IGBT的结构和原理IGBT模块采用了IGBT功率晶体管技术，是一种高功率半导体器件。
IGBT由P型掺杂的底部导电层、N型的发射区、P 型区域和N型区域组成。
IGBT的结构与三极管相似，但它在结构上融合了场效应晶体管（FET）和双极型晶体管（BJT）的优点。
IGBT的输出开关特性类似于MOSFET，控制端需要施加正向偏置电压才能开启它。
然而，IGBT模块的输出电容较大，需要控制端施加负向电压才能关闭它。
2. IGBT模块的特性（1）高平均功率：IGBT模块能够承受高电压和高电流，适用于高功率应用。
（2）低电压降：IGBT模块的导通电阻比较低，导通时的电压降较小。
（3）快速开关：IGBT模块的响应速度较快，可以实现高频开关。
（4）耐高温：IGBT模块的工作温度范围宽，可以在高温环境下工作。
3. IGBT模块的制造工艺IGBT模块的制造过程包括晶体管芯片制造、封装和模块组装三个步骤。
晶体管芯片制造是IGBT模块制造的核心，它需要进行掺杂、生长晶片、刻蚀和沉积等多个步骤。
封装使晶体管芯片和引脚封装在一起，并对晶片进行保护。
模块组装是将多个IGBT芯片、散热器和电容器等部件组合起来形成一个完整的IGBT模块。
组装包括焊接、粘接和测试等多个工序。
4. IGBT模块的散热和保护IGBT模块的高功率和高温度会导致散热问题。
散热系统需要有效地排放IC模块产生的热量。
通常采用散热片、散热器和风扇等来散热。
保护系统需要检测IGBT模块的输出信号和工作状态，并及时停止或调节当前的工作状态以保证工作的稳定性和可靠性。
通常采用过流保护、过压保护和过温保护等方式进行保护。
IGBT模块的测试方法
IGBT模块的测试方法IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块是一种高性能的功率开关器件，主要用于交流电转直流电的变换和功率控制。
为了确保IGBT模块的正常运行和可靠性，需要进行相应的测试和检验。
1.外观检查：首先要对IGBT模块的外观进行检查，包括外壳是否完好，引脚是否弯曲或者损坏，有无明显的划痕或者焊接痕迹等。
如发现问题应及时处理或更换。
2.规格参数测试：对IGBT模块的规格参数进行测试，包括额定电压、额定电流、耐压、漏电流等参数的测试。
可以使用测试仪器如万用表、电桥等进行测试，确保IGBT模块符合规格要求。
3.电性能测试：通过测试IGBT模块的电性能来评估其性能指标。
包括静态工作特性测试、开关特性测试和动态电流特性测试等。
-静态工作特性测试：分别测量IGBT模块的输入电阻、输出电阻和反向漏极电阻。
可以利用电桥或者万用表进行测试。
-开关特性测试：测试IGBT模块的开关特性，包括导通电压降、截止电流、开启时间、关断时间等。
可以利用示波器和信号发生器等仪器进行测试。
-动态电流特性测试：测试IGBT模块在不同负载和工作频率下的电流响应能力。
可以通过施加正弦波或方波负载来进行测试。
4.温度测试：IGBT模块的工作温度是其可靠性和寿命的重要参数，需要进行温度测试。
可以使用红外测温仪或者热电偶进行测量，确保IGBT模块在规定的工作温度范围内。
5.保护功能测试：IGBT模块通常具有过流保护、过压保护、过温保护等功能，需要进行相应的保护功能测试。
可以通过模拟过流、过压、过温等情况来检验模块的保护功能是否正常。
除了以上测试方法，还需要注意以下几点：-测试环境：IGBT模块的测试环境应该干燥、无尘、温度适宜，避免灰尘和湿气对模块的影响。
-测试设备：使用高质量的测试设备和仪器，确保测试的准确性和可靠性。
-测试记录：进行测试时，应有详细的测试记录，包括测试时间、测试环境、测试设备和仪器、测试结果等信息，便于后续分析和检查。
IGBT安全运行的基本条件
!短路时间：Vcc=2500V, Vge<=15V, Tvj=150°, Tp<=10us
!其它：
Vce ≤ VCES（即IGBT的电压规格） Vge ≤ VGES（±20V） Ic由RBSOA规定了在连续开关工作条件下，不超过2×IC,NOM。 最小开通时间，等等
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IGBT模块的温度
IGBT模块的安全运行
安全运行的基本条件：
! 温度：IGBT结温峰值 Tj_peak ≤ 125°C（150°C*） 模块规格书给出了两个IGBT最高允许结温： Tjmax = 150°C（175°C*）- 指无开关运行的恒导通状态下； Tvj(max) = 125°C（150°C*）- 指在正常的开关运行状态下。 Tvj(max)规定了IGBT关断电流、短路、功率交变（PC）所允许的最高结温。 * 600V IGBT3；1200V和1700V IGBT4；3300V IGBT3
散热器温度 （Th）
散热器-环境温差 ∆Tha
环境温度 （Ta） Page 9
Tj = ∆Tjc + ∆Tch + ∆Tha + Ta
输入功率
芯片-外壳 热阻Rthjc
外壳-散热器 热阻Rthch
散热器(-环境) 热阻Rthha
损耗 芯片
焊料 铜层 陶瓷 (Al2O3 / AlN) 铜层 焊料
基板散Leabharlann 器输出功率 结温（Tj）芯片-外壳温差 ∆Tjc
壳温（Tc）
外壳-散热器温差 ∆Tch
IGBT基本参数详解
第一部分IGBT模块静态参数1，：集射极阻断电压在可使用的结温范围内，栅极和发射极短路状况下，集射极最高电压。
手册里一般为25℃下的数据，随着结温的降低，会逐渐降低。
由于模块内外部的杂散电感，IGBT在关断时最容易超过限值。
2，：最大允许功耗在25℃时，IGBT开关的最大允许功率损耗，即通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率。
其中，为结温，为环境温度。
二极管的最大功耗可以用同样的公式获得。
在这里，顺便解释下这几个热阻，结到壳的热阻抗，乘以发热量获得结与壳的温差；芯片热源到周围空气的总热阻抗，乘以发热量获得器件温升；芯片结与PCB间的热阻抗，乘以单板散热量获得与单板的温差。
3，集电极直流电流在可以使用的结温范围流集射极的最大直流电流。
根据最大耗散功率的定义，可以由最大耗散功率算出该值。
所以给出一个额定电流，必须给出对应的结和外壳的温度。
)4，可重复的集电极峰值电流规定的脉冲条件下，可重复的集电极峰值电流。
5，RBSOA，反偏安全工作区IGBT关断时的安全工作条件。
如果工作期间的最大结温不被超过，IGBT在规定的阻断电压下可以驱使两倍的额定电流。
6，短路电流短路时间不超过10us。
请注意，在双脉冲测试中，上管GE之间如果没有短路或负偏压，就很容易引起下管开通时，上管误导通，从而导致短路。
7，集射极导通饱和电压在额定电流条件下给出，Infineon的IGBT都具有正温度效应，适宜于并联。
随集电极电流增加而增加，随着增加而减小。
可用于计算导通损耗。
根据IGBT的传输特性，计算时，切线的点尽量靠近工作点。
对于SPWM方式，导通损耗由下式获得，M为调制因数；为输出峰值电流；为功率因数。
第二部分IGBT模块动态参数1，模块内部栅极电阻为了实现模块内部芯片的均流，模块内部集成了栅极电阻，该电阻值常被当成总的驱动电阻的一部分计算IGBT驱动器的峰值电流能力。
2，外部栅极电阻数据手册中往往给出的是最小推荐值，可以通过以下电路实现不同的和。
通过热敏电阻,如何计算IGBT结温？
通过热敏电阻，如何计算IGBT结温？（IGBT）模块中通常都会在陶瓷基板（DBC）上设有热敏电阻（NTC或PTC，由于NTC较为常用，以下统称NTC）用于温度（检测）。
在实际应用中，（工程师）最直接也是最常见的一个问题就是：我检测到了NTC的温度，那么IGBT真实的结温是多少？或者是：IGBT（芯片）和NTC之间的温差是多少？很显然，IGBT结温才是变频器/变流器/逆变器（以下统称逆变器）设计中大家关心的问题。
原因很简单，IGBT有操作结温要求（比如IGBT4的Tjop不超过150°C），长时间超出这个温度IGBT会过热失效。
同时，就算结温不超过要求，某些应用中也要考虑大的结温波动带来的寿命问题。
如果IGBT选型或热设计中留的裕量太大，又会导致IGBT器件或散热成本增加。
所以在设计时就必须要弄清楚IGBT在各种可能的运行工况下（额定、过载、堵转、整流、逆变……）的结温，以实现经济可靠的设计。
IGBT结温测量/计算的目的1. 过温保护过温保护是逆变器常见的也是重要的保护之一。
为了避免IGBT 过热损坏，设计时通常会在软件中设定NTC或散热器上靠近IGBT模块的热电偶的温度保护点。
那么这个保护点温度该设多少？90°C？100°C？还是可以更高？依据是什么？这就需要知道IGBT真实的结温，从而找到合理的NTC温度保护点。
需要强调的是，IGBT在不同工况下，相同位置芯片的结温可能会发生较大的变化，这会导致NTC的温度也会发生较大变化。
因此，采用一个温度保护点很有可能保护不了所有工况，需要在设计时充分评估。
以下以一个T型三电平的例子简要说明这个问题。
(a)逆变工况（PF=0.95）(b)整流工况（PF=-0.95）图2：三电平IGBT温度分布图2可以看出，当逆变器工作在逆变工况时，T1管的损耗最大（287W）、温度最高（126°C），由于NTC的位置靠T1管很近，其温度达到102°C。
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IGBT模块使用温度范围
1. 温度范围
IGBT模块的运行温度范围是非常重要的参数。
一些设备要求工作在室温下，而另一些设备要求工作在很宽的温度范围内（如-40℃~+65℃）。
温度和散热对于系统的可靠和有效运行非常重要。
如果实际要求IGBT模块工作的电源系统工作在宽温度范围内，也要保证电源系统中的所有功率器件在宽温度范围内可靠地工作。
为达到这一目的和最大限度地减少成本，应仔细估算在两个极端温度点处是否需要达到完全的性能指标。
实际上，在极端温度点处对IGBT模块的要求越低，构成系统就可以越经济。
一些设备要求在很低温度下运行时性能不能打一点折扣，这时系统应能满足所有参数要求。
如果有些特性可以降低要求，构成系统的成本将显著降低。
降低系统在低温时对非关键参数的要求对降低模块成本有益。
在实际应用中，如果规定模块可以在最低温度下启动和在较高一些温度下完全达到性能指标是根有必要的。
如果要求在高温环境下工作，一般IGBT模块在高于一定温度值时其功率额定值会降低，即在温升20℃时输出功率减少30%。
在实际应用中，通常的工作环境温度会因气候的变化和系统运行条件的变化而变化。
模块一般不会在其指定的最高环境温度条件下持续运行相当长时间。
如果模块限制的温度控制适当，就能在大多数运行情况下，只对模块在最高环境温度下的容量作限制，使模块的功率最大化（特别是当模块的输入电压偏向下限时）。
如果要限制模块的输出容量以满足在最高环境温度下能在正常的功率范围内安全运行，则可在模块内安装适合的温度监控系统，在较低温的条件下可自动提供更大的功率。
如果模块的温度与限流性能相关联，那会带来非常显著的益处。
这一特征也可和部分恒功率特性组合起来，这样就可以尽可能地发挥它的优势。
同时要注意的是，在高温时带温度限流的模块由于输入电压使得功率损耗变化，系统在标称电压左右工作时比在最小输入电压
下工作时能提供更大的电流容量。
2．改善使用环境，降低功率器件的环境温度
功率器件的可靠性和使用环境有着极为密切的关系，功率器件的失效率在不同的使用环境中和其基本失效率差别很大，通常应以环境系数进行修正。
美国于20世纪70年代公布了不同功率器件的环境系数数值。
原有9种环境条件，现只列出较常用和有代表性的4种。
GB：良好地面环境，环境引力接近于“0”，工程操作和维护良好。
GF：地面固定式的使用环境。
装在永久性机架上，有足够的通风冷却。
由专业人员维修，通常在不热的建筑内安装。
NS：舰船舱内环境。
水面舰船条件，类似于GF，但要受偶然剧烈的冲击震动。
GM：地面移动式和便携式的环境。
劣于地面固定式的条件，主要是冲击震动。
通风冷却可能受限制，只能进行简易维修。
使用环境对功率器件的失效率影响极大，GM和GB相比失效率要高出4-10倍。
环境条件的改善往往受使用场合的限制。
在设计和生产中比较容易做得到的就是重视和尽量加强通风冷却。
过高的环境温度对功率器件的可靠性非常有害。
功率器件以PD/PR=0.5设计（PD为使用功率，PR为额定功率），则环境温度对可靠性的影响见下表。
加强通风冷却十分有益于功率器件可靠性的提高。
国内有些部门要求系统有很高的可靠性，又明令不许使用风扇进行强迫通风冷却。
结果是不仅设备成本提高，可靠性也难以真正保证，人为地造成丁许多问题。
其实，现在优质的风扇可以保证5 0000-6000h的使用寿命（相当于连续运行6年以上），更换风扇比其他部件的维修也省力省时得多。
只要在系
统设计条件中规定风扇即使不工作，设备依然可以长期正常运行，那么加强通风冷却绝对有利于可靠性的提高。
3．减小功率器件的负荷率是改善失效率的捷径
功率器件实际工作中的负荷率和失效率之间存在着直接关系，因此功率器件的类型、数值确定以后，应从可靠性的角度来选择功率器件必须满足的额定值，如额定功率、额定电压、额定电流等。
功率器件在环境温度ta =50℃时，PD/PR对失效率的影响见下表。
由表可知，当PD/PR=0.5时，失效率比0.2时增加了1000倍以上。