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什么是IGBT呢？详细讲解IGBT作用及其选型要求

IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor) ， 绝缘栅双极型晶体管 ， 是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件 ， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点 。
IGBT的作用
IGBT是一种功率晶体管 ， 运用此种晶体设计之UPS可有效提升产品效能 ， 使电源品质好、效率高、热损耗少、噪音低、体积小与产品寿命长等多种优点 。
IGBT主要用于变频器逆变和其他逆变电路 。将直流电压逆变成频率可调的交流电 。它有阴极 ， 阳极 ， 和控制极 。关断的时候其阻抗是非常大的基本是断路 ， 接通的时候存在很小的电阻 ， 通过接通或断开控制极来控制阴极和阳极之间的接通和关断 。
IGBT选型四个基本要求
1、安全工作区
在安全上面 ， 主要指的就是电的特性 ， 除了常规的变压电流以外 ， 还有RBSOA(反向偏置安全工作区)和短路时候的保护 。这个是开通和关断时候的波形 ， 这个是相关的开通和关断时候的定义 。我们做设计时结温的要求 ， 比如长期工作必须保证温度在安全结温之内 ， 做到这个保证的前提是需要把这个模块相关的应用参数提供出来 。这样结合这个参数以后 ， 结合选择的IGBT的芯片 ， 还有封装和电流 ， 来计算产品的功耗和结温 ， 是否满足安全结温的需求 。
2、热限制
热限制就是我们脉冲功率 ， 时间比较短 ， 它可能不是一个长期的工作点 ， 可能突然增加 ， 这个时候就涉及到另外一个指标 ， 动态热阻 ， 我们叫做热阻抗 。这个波动量会直接影响到IGBT的可靠性 ， 就是寿命问题 。你可以看到50赫兹波动量非常小 ， 这个寿命才长 。
3、封装要求
封装要求主要体现在外部封装材料上面 ， 在结构上面 ， 其实也会和封装相关 ， 因为设计的时候会布局和结构的问题 ， 不同的设计它的差异性很大 。
4、可靠性要求
可靠性问题 ， 刚才说到结温波动 ， 其中最担心就是结温波动以后 ， 会影响到这个绑定线和硅片之间的焊接 ， 时间久了 ， 这两种材料本身之间的热抗系数都有差异 ， 所以在结温波动情况下 ， 长时间下来 ， 如果工艺不好的话 ， 就会出现裂痕甚至断裂 ， 这样就会影响保护压降 ， 进一步导致ICBT失效 。第二个就是热循环 ， 主要体现在硅片和DCB这个材料之间 ， 他们之间的差异性 。如果失效了以后 ， 就分层了 ， 材料与材料之间特性不一样 ， 就变成这样情况的东西 ， 这个失效很明显 。
 
IGBT如何选型
1、IGBT额定电压的选择
三相380V输入电压经过整流和滤波后 ， 直流母线电压的最大值：在开关工作的条件下 ， IGBT的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍 ， 根据IGBT规格的电压等级 ， 选择1200V电压等级的IGBT 。
2、IGBT额定电流的选择
以30kW变频器为例 ， 负载电流约为79A ， 由于负载电气启动或加速时 ， 电流过载 ， 一般要求1分钟的时间内 ， 承受1.5倍的过流 ， 择最大负载电流约为119A ， 建议选择150A电流等级的IGBT 。
3、IGBT开关参数的选择
变频器的开关频率一般小于10kHZ ， 而在实际工作的过程中 ， IGBT的通态损耗所占比重比较大 ， 建议选择低通态型IGBT 。
影响IGBT可靠性因素
1)栅电压
IGBT工作时 ， 必须有正向栅电压 ， 常用的栅驱动电压值为15～187 ， 最高用到20V ，  而棚电压与栅极电阻Rg有很大关系 ， 在设计IGBT驱动电路时 ， 参考IGBTDatasheet中的额定Rg值 ， 设计合适驱动参数 ， 保证合理正向栅电压 。因为IGBT的工作状态与正向棚电压有很大关系 ， 正向栅电压越高 ， 开通损耗越小 ， 正向压降也越小 。
2)Miller效应
为了降低Miller效应的影响 ， 在IGBT栅驱动电路中采用改进措施：
(1)开通和关断采用不同栅电阻Rg ， ON和Rg ， off ， 确保IGBT的有效开通和关断;
(2)栅源间加电容c ， 对Miller效应产生的电压进行能量泄放;
(3)关断时加负栅压 。在实际设计中 ， 采用三者合理组合 ， 对改进Mille r效应的效果更佳 。
IGBT使用注意事项
(1)操作过程中要佩戴防静电手环;
(2)尽量不要用手触摸驱动端子部分 ， 当必须要触摸模块端子时 ， 要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后 ， 再触摸;
(3)IGBT模块驱动端子上的黑色海绵是防静电材料 ， 用户用接插件引线时取下防静电材料立即插上引线;
(4)在焊接作业时 ， 设备容易引起静电压的产生 ， 为了防止静电的产生 ， 请先将设备处于良好的接地状态下 。
IGBT如何保管
1、一般保存IGBT模块的场所 ， 应保持常温常湿状态 ， 不应偏离太大 。常温的规定为5℃～35℃ ， 常湿的规定为45%～75% 。在冬天特别干燥的地区 ， 需要加湿机加湿 。
2、尽量远离有腐蚀性气体或灰尘较多的场合 。
3、在温度发生急剧变化的场所IGBT模块表面可能有结露水的现象 ， 因此IGBT模块应放在温度变化较小的地方 。
4、IGBT模块在未投入生产时不要裸露放置 ， 防止端子氧化情况的发生 。
从功能上来说 ， IGBT就是一个电路开关 ， 优点就是用电压控制 ， 饱和压降小 ， 耐压高 。用在电压几十到几百伏量级、电流几十到几百安量级的强电上的 。而且IGBT不用机械按钮 ， 它是由计算机控制的 。
所以有了IGBT这种开关 ， 就可以设计出一类电路 ， 通过计算机控制IGBT ， 把电源侧的交流电变成给定电压的直流电 ， 或是把各种电变成所需频率的交流电 ， 给负载使用 。这类电路统称变换器 。
IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点;当前市场上销售的多为此类模块化产品 ， 一般所说的IGBT也指IGBT模块;随着节能环保等理念的推进 ， 此类产品在市场上将越来越多见;
【什么是IGBT呢？详细讲解IGBT作用及其选型要求】IGBT是能源变换与传输的核心器件 ， 俗称电力电子装置的“CPU” ， 作为国家战略性新兴产业 ， 在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广 。

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