在使用IGBT模塊時(shí),盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分,當(dāng)要觸摸模塊端子時(shí),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; 在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí),在配線未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊; 盡量在底板良好接地的情況下操作。 在應(yīng)用中有時(shí)雖然了柵驅(qū)動(dòng)電壓沒有超過柵大額定電壓,但柵連線的寄生電感和柵與集電間的電容耦合,也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此,通常采用雙絞線來傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào),以減少寄生電感。在柵連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。
此外,在柵—發(fā)射間開路時(shí),若在集電與發(fā)射間加上電壓,則隨著集電電位的變化,由于集電有漏電流流過,柵電位升高,集電則有電流流過。這時(shí),如果集電與發(fā)射間存在高電壓,則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。
在安裝或更換IGBT模塊時(shí),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。為了減少接觸熱阻,好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇,當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT模塊發(fā)熱,而發(fā)生故障。因此對(duì)散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查,一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)器,當(dāng)溫度過高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT模塊工作。
IGBT模塊由于具有多種優(yōu)良的特性,使它得到了快速的發(fā)展和普及,已應(yīng)用到電力電子的各方各面。因此熟悉IGBT模塊性能,了解選擇及使用時(shí)的注意事項(xiàng)對(duì)實(shí)際中的應(yīng)用是十分必要的。
由于IGBT在電能轉(zhuǎn)換中扮演的重要角色,它能夠?yàn)楦鞣N高電壓和大電流應(yīng)用提供更高的效率和節(jié)能效果,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、新能源、變頻家電等領(lǐng)域。特別是在新能源汽車中,IGBT 模塊占電動(dòng)車整車成本約5%左右,是除電池之外成本第二高的元件。根據(jù)IHS預(yù)測(cè),全球汽車電動(dòng)化用IGBT模塊未來5年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)23.5%。目前國(guó)內(nèi)IGBT供需差距,國(guó)產(chǎn)量?jī)H為市場(chǎng)銷量的七分之一。
2018 年 IGBT 模塊需求量為7898萬只,但是國(guó)內(nèi)產(chǎn)量只有1115萬只,供需缺口。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露,IGBT整體市場(chǎng)規(guī)模會(huì)保持每年10%以上的增長(zhǎng)速度,主要受益于新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。但是國(guó)產(chǎn)IGBT的增長(zhǎng)速度會(huì)遠(yuǎn)此,以上市公司斯達(dá)半導(dǎo)體為例,2016年至2018年,連續(xù)保持45%以上的增長(zhǎng)率。國(guó)內(nèi)諸多公司以IGBT為主營(yíng)業(yè)務(wù)的公司實(shí)現(xiàn)了高速增長(zhǎng)。
隨著IGBT芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,芯片的高工作結(jié)溫與功率密度不斷提高, IGBT模塊技術(shù)也要與之相適應(yīng)。未來IGBT模塊技術(shù)將圍繞 芯片背面焊接固定 與 正面電互連 兩方面改進(jìn)。模塊技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):無焊接、 無引線鍵合及無襯板/基板封裝技術(shù);內(nèi)部集成溫度傳感器、電流傳感器及驅(qū)動(dòng)電路等功能元件,不斷提高IGBT模塊的功率密度、集成度及智能度。
靜態(tài)特性
三菱制大功率IGBT模塊
三菱制大功率IGBT模塊
IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性。
IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓Ugs 為參變量時(shí),漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs 的控制,Ugs 越高, Id 越大。它與GTR 的輸出特性相似.也可分為飽和區(qū)1 、放大區(qū)2 和擊穿特性3 部分。在截止?fàn)顟B(tài)下的IGBT ,正向電壓由J2 結(jié)承擔(dān),反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。如果無N+緩沖區(qū),則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平,加入N+緩沖區(qū)后,反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平,因此限制了IGBT 的某些應(yīng)用范圍。
IGBT 的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關(guān)系曲線。它與MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性相同,當(dāng)柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th) 時(shí),IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。在IGBT 導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi), Id 與Ugs呈線性關(guān)系。高柵源電壓受大漏極電流限制,其佳值一般取為15V左右。