IGBT模塊使用及其注意事項(xiàng)的探討

【摘 要】電力電子器件是電力電子電路的基礎(chǔ)，掌握各種常用電力電子器件的特性和正確使用方法是我們學(xué)好電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。新型電力電子器件又以IGBT的發(fā)展和應(yīng)用最為廣泛。本文主要探討IGBT的特性及其使用注意事項(xiàng)，提出了在選型、使用和保管過程中應(yīng)該注意的問題。

【關(guān)鍵詞】IGBT；MOSFET；靜電；導(dǎo)熱硅脂

IGBT自1986年開始投入市場，就迅速擴(kuò)展了其應(yīng)用領(lǐng)域，目前已經(jīng)取代了原來GTR和一部分電力MOSFET的市場，成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件，并在繼續(xù)努力提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位，成為近年來電力電子領(lǐng)域中尤為矚目的電力電子驅(qū)動器件，并且得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1 IGBT模塊簡介

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），也稱為“絕緣柵雙極晶體管”，是一種復(fù)合了功率場效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的一種新型復(fù)合器件，它既具有MOSFET的開關(guān)速度快，工作頻率高，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極晶體管的飽和壓降低，耐壓高和承受電流大的優(yōu)點(diǎn)。其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

2 IGBT的選型

用于110V至220V整流總線應(yīng)用的IGBT的額定電壓為600V，用于三相380V至440V整流總線應(yīng)用的IGBT的額定電壓為1200V。使用中當(dāng)IGBT集電極電流增大時，所產(chǎn)生的額定損耗亦變大。同時，開關(guān)損耗增大，使元件發(fā)熱加劇，因此選用IGBT模塊時其額定電流應(yīng)該大于負(fù)載電流。特別是用作高頻開關(guān)時，由于開關(guān)損耗增大，發(fā)熱加劇，選用時應(yīng)該降等使用。一般來說，要將集電極電流的最大值控制在直流額定電流以下使用，從經(jīng)濟(jì)角度這是值得推薦的。此外，為滿足實(shí)際電路中的要求，IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起制成模塊，成為逆導(dǎo)器件，選用時應(yīng)加以注意。

3 IGBT使用注意事項(xiàng)

3.1 防靜電對策

因靜電而導(dǎo)致IGBT柵極擊穿是IGBT失效的常見原因之一，因此使用中要注意以下幾點(diǎn)：

（1）操作過程中要佩戴防靜電手環(huán)；

（2）盡量不要用手觸摸驅(qū)動端子部分，當(dāng)必須要觸摸模塊端子時，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸；

（3）IGBT模塊驅(qū)動端子上的黑色海綿是防靜電材料，用戶用接插件引線時取下防靜電材料立即插上引線；

（4）在焊接作業(yè)時，設(shè)備容易引起靜電壓的產(chǎn)生，為了防止靜電的產(chǎn)生，請先將設(shè)備處于良好的接地狀態(tài)下。

此外，通常采用雙絞線來傳送驅(qū)動信號來減小寄生電感，以及在柵極連線中串聯(lián)小電阻來抑制振蕩電壓的方法避免IGBT失效。

3.2 散熱設(shè)計(jì)

在IGBT模塊所允許的最高結(jié)溫（Tj）下，必須要做散熱設(shè)計(jì)。為了進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，首先要計(jì)算出器件產(chǎn)生的損耗，該損耗使結(jié)溫升至允許值以下來選擇散熱片。在安裝或更換IGBT模塊時，應(yīng)十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度，為了減小接觸熱阻，在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般在散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度開關(guān)，當(dāng)溫度過高時將報(bào)警或停止IGBT模塊工作。

3.3 IGBT導(dǎo)熱硅脂涂敷

導(dǎo)熱硅脂目前被廣泛使用在散熱器上的IGBT安裝面上，其目的在于填補(bǔ)IGBT安裝面與散熱器之間的間隙，達(dá)到更均勻、更有效地散熱效果，避免器件溫度過高而損壞。為保證導(dǎo)熱硅脂均勻的分布在IGBT上，其涂敷工藝至關(guān)重要。

散熱片與IGBT之間傳熱主要通過傳導(dǎo)途徑，通過散熱片與IGBT之間的直接接觸實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)熱硅脂的意義在于填充二者之間的空隙接觸處更加完全。如果導(dǎo)熱硅脂使用過量，在IGBT和散熱片之間形成一個硅脂層，在此情況下硅脂成了阻礙傳熱的因素。因此涂硅脂一定要適量，在IGBT上涂上薄薄一層就可以了。

目前，導(dǎo)熱硅脂的涂敷工藝主要有兩種，滾筒印刷和篩網(wǎng)板印刷。篩網(wǎng)板印刷涂敷后的導(dǎo)熱硅脂分布均勻，能提高IGBT的散熱性，更好的控制IGBT上導(dǎo)熱硅脂的厚度和均勻度，從而進(jìn)一步提高IGBT散熱效果和使用壽命。

3.4 IGBT安裝

IGBT安裝時，將緊固螺栓插入對應(yīng)螺孔，先用手均勻旋入深度為總深度的一半左右，然后再用扭矩扳手進(jìn)行緊固，完成緊固后做緊固標(biāo)記。IGBT安裝過程應(yīng)全程佩戴防靜電手環(huán)，IGBT的緊固力矩如未作特殊說明，應(yīng)嚴(yán)格遵照工藝文件所引用的螺栓緊固扭矩標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。

3.5 IGBT保管

（1）一般保存IGBT模塊的場所，應(yīng)保持常溫常濕狀態(tài)，不應(yīng)偏離太大。常溫的規(guī)定為5℃～35℃，常濕的規(guī)定為45%～75%。在冬天特別干燥的地區(qū)，需要加濕機(jī)加濕；

（2）盡量遠(yuǎn)離有腐蝕性氣體或灰塵較多的場合；

（3）在溫度發(fā)生急劇變化的場所IGBT模塊表面可能有結(jié)露水的現(xiàn)象，因此IGBT模塊應(yīng)放在溫度變化較小的地方；

（4）IGBT模塊在未投入生產(chǎn)時不要裸露放置，防止端子氧化情況的發(fā)生。

3.6 IGBT搬運(yùn)

（1）請不要受下墜沖擊；

（2）用包裝箱運(yùn)輸大量器件時，請勿擦傷接觸電極面，部件間應(yīng)填充軟性材料。

4 結(jié)束語

IGBT憑借其完善的功能特色，成為當(dāng)代電力電子領(lǐng)域的新寵兒，必將成為未來一段時間內(nèi)電力電子領(lǐng)域的核心驅(qū)動電子器件。因此熟悉IGBT模塊性能，了解選擇及使用時的注意事項(xiàng)對實(shí)際中的應(yīng)有是十分必要的。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[責(zé)任編輯：曹明明]