电力电子器件IGBT 的选用与保护
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IGBT设计电路要点
IGBT设计电路要点30kVA逆变电源中，最容易损坏的部件是组成逆变桥的IGBT，和其它电力电子器件相比，IGBT 虽然具有电流容量大、驱动功率小、开关频率高等优点，但要用好IGBT，使其不受损坏并不容易。
IGBT的驱动与保护问题是逆变电源能否可靠工作的基础和关键。
本文就30kVA逆变电源装置中IGBT的驱动与保护技术进行叙述。
2IGBT的驱动2.1IGBT对栅极驱动电路的要求（1）栅极驱动电压驱动电路提供的正偏压＋UGE使IGBT导通。
增大正偏压对减小开通损耗和导通损耗有利，但也会使IGBT承受短路电流的时间变短，续流二极管反向恢复过电压增大。
因此正偏压要适当，通常为＋15V。
为了保证IGBT在C－E间出现dv/dt噪声时可靠关断，关断时必须在栅极施加负偏压，采用负偏压还可以减小关断损耗，负偏压取－9V左右为宜。
（2）栅极串联电阻RgIGBT的开通和关断是通过栅极电路的充放电来实现的，因此栅极电阻对IGBT的动态特性影响极大，减小Rg使开关时间和开关损耗减小，减小关断时dv/dt噪声带来误导通的可能性，提高IGBT的短路耐量，但会增加续流二极管反向恢复过电压，使EMI也增大。
对于1200V/400A的IGBT，Rg取2Ω比较合适。
（3）驱动电路的电源驱动电路的电源应稳定，能提供足够高的正负栅压，电源应有足够的功率，以满足栅极对驱动功率的要求。
在大电流应用场合，每个栅极驱动电路最好都采用独立的分立绝缘电源。
驱动电路的电源和控制电路的电源应独立，以减小相互间的干扰，推荐使用带多路输出的开关电源作为驱动电路电源。
2.2三菱驱动模块M57962L简介在我们的逆变电源装置中，使用了日本三菱公司的驱动模块M57962L。
M57962L是N沟道大功率IGBT模块的驱动电路，能驱动600V/400A和1200V/400A的IGBT，M57962L的原理方框图如图1所示，它有以下几个特点：（1）采用光耦实现电气隔离，光耦是快速型的，适合20kHz左右的高频开关运行，光耦的原边已串联限流电阻（约185Ω），可将5V的电压直接加到输入侧；图1M579621L的原理框图（2）如果采用双电源驱动技术，使输出负栅压比较高。
IGBT的应用范围有哪些呢
IGBT的应用范围有哪些呢？IGBT是绝缘栅双极型晶闸管(IsolatedGateBipolarTransistor),它是八十年代初诞生，九十年代迅速发展起来的新型复合电力电子器件。
IGBT将MOSFET与GTR的优点集于一身，既有输入阻抗高、速度快、热稳定性好、电压驱动型，又具有通态压降低、高电压、大电流的优点。
功率从五千瓦到几百千瓦的应用场合。
IGBT器件将不断开拓新的应用领域，为高效节能、为新能源、工业自动化(高频电焊机,高频超声波,逆变器,斩波器,UPS/EPS,感应加热)提供了新的商机。
以下是最基本的使用说明。
(一)根据负载的工作电压和额定电流以及使用频率,选择合适规格的模块。
用户使用模块前请详细阅读模块参数数据表，了解模块的各项技术指标;根据模块各项技术参数确定使用方案，计算通态损耗和开关损耗，选择相匹配的散热器及驱动电路。
(二)IGBT模块的使用1.防止静电IGBT是静电敏感器件，为了防止器件受静电危害，应注意以下两点：①IGBT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;在无防静电措施时，不要用手触摸驱动端子。
②驱动端子需要焊接时，设备或电烙铁一定要接地。
2.选择和使用①请在产品的最大额定值(电压、电流、温度等)范围内使用，一旦超出最大额定值，可能损坏产品，特别是IGBT外加超出VCES的电压时可能发生雪崩击穿现象从而使元件损坏，请务必在VCES的额定值范围内使用!工作使用频率愈高,工作电流愈小;源于可靠性的原因，必须考虑安全系数。
．②驱动电路：由于IGBTVce(sat)和短路耐量之间的折衷关系，建议将栅极电压选为+VGE=14～15V，-VGE=5～10V，要确保在模块的驱动端子上的驱动电压和波形达到驱动要求;栅极电阻Rg与IGBT的开通和关断特性密切相关，减小Rg值开关损耗减少，下降时间减少，关断脉冲电压增加;反之，栅极电阻Rg 值增加时，会增加开关损耗，影响开关频率;应根据浪涌电压和开关损耗间最佳折衷(与频率有关)选择合适的Rg值，一般选为5Ω至100Ω之间。
IGBT的选型说明和参考
一、什么是IGBTIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅极型功率管，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电力电子器件。
应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。
由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。
虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。
较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。
导通IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。
如等效电路图所示(图1)，其中一个MOSFET驱动两个双极器件。
基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。
当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。
如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。
最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)；空穴电流(双极)。
关断当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。
在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子(少子)。
IGBT的保护功能
IGBT的保护功能1.IGBT的过流保护IGBT的过流保护电路可分为2类：一类是低倍数的（1.2～1.5倍）的过载保护；一类是高倍数（可达8～10倍）的短路保护。
对于过载保护不必快速响应，可采用集中式保护，即检测输入端或直流环节的总电流，当此电流超过设定值后比较器翻转，封锁所有IGBT驱动器的输入脉冲，使输出电流降为零。
这种过载电流保护，一旦动作后，要通过复位才能恢复正常工作。
IGBT 能承受很短时间的短路电流，能承受短路电流的时间与该IGBT的导通饱和压降有关，随着饱和导通压降的增加而延长。
如饱和压降小于2V的IGBT允许承受的短路时间小于5μs，而饱和压降3V的IGBT允许承受的短路时间可达15μs，4～5V时可达30μs以上。
存在以上关系是由于随着饱和导通压降的降低，IGBT的阻抗也降低，短路电流同时增大，短路时的功耗随着电流的平方加大，造成承受短路的时间迅速减小。
通常采取的保护措施有软关断和降栅压2种。
软关断指在过流和短路时，直接关断IGBT。
但是，软关断抗骚扰能力差，一旦检测到过流信号就关断，很容易发生误动作。
为增加保护电路的抗骚扰能力，可在故障信号与启动保护电路之间加一延时，不过故障电流会在这个延时内急剧上升，大大增加了功率损耗，同时还会导致器件的di/dt增大。
所以往往是保护电路启动了，器件仍然坏了。
降栅压旨在检测到器件过流时，马上降低栅压，但器件仍维持导通。
降栅压后设有固定延时，故障电流在这一延时期内被限制在一较小值，则降低了故障时器件的功耗，延长了器件抗短路的时间，而且能够降低器件关断时的di/dt，对器件保护十分有利。
若延时后故障信号依然存在，则关断器件，若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了抗骚扰能力。
2． IGBT开关过程中的过电压关断IGBT时，它的集电极电流的下降率较高，尤其是在短路故障的情况下，如不采取软关断措施，它的临界电流下降率将达到数kA/μs。
IGBT驱动保护电路
引言电阻焊是一种重要的焊接工艺，具有生产效率高、成本低、节省材料和易于自动化等特点。
中频直流逆变电阻焊接电源作为一种新型的控制电源，以其显著的高质低耗的特点成为电阻焊电源的发展方向。
IGBT是一种用MOS管来控制晶体管的电力电子器件,具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点。
但由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差,一旦出现意外就容易损坏。
为此,必须对IGBT进行保护。
本文从实际应用出发,总结了过压、过流与过热保护的相关问题和各种保护方法,实用性强,应用效果好。
中频电阻焊机逆变电源【东莞市英络德数控科技有限公司】中频逆变直流电阻焊机的供电电源是由三相工频交流电源经整流电路和滤波电容转换成直流电源，再经由功率开关器件组成的逆变电路转换成中频方波电源，然后输入变压器降压后，经低管压降的大功率二极管整流成直流电源，供给焊机的电极，对工件进行焊接(见图1)。
控制电路部分由DSP和CPLD组成，DSP(TMS320LF2407A)产生的PWM波和检测信号、保护信号在CPLD (EPM7128S)里实现逻辑运算。
逆变器通常采用电流反馈实现PWM，以获得稳定的恒定电流输出。
电路原理和波形如图1所示。
图中U电源为电源电压，U初级为逆变器输出中频电压，变压器次级电流为I次级，控制PWM的脉宽可以控制I次级的大小。
逆变电路采用全桥结构，主要优点是主变压器工作效率高。
其主电路由4个IGBT和中频变压器组成，将直流电压转换成中频方波交流电压并送中频变压器，经降压整流滤波后输出。
电路的可靠来自IGBT的稳定运行。
保证IGBT在安全工作范围内并处于较好状态下，是提高整机可靠性的关键技术。
而对IGBT的保护，主要包括过电流保护、过电压保护和IGBT过热保护。
IGBT的保护措施IGBT的过电流保护IGBT大功率管通常只能承受10ms以下的短路电流，当IGBT遇到过流或短路时，若不加保护或保护不当，就会使IGBT损坏。
M57962AL是IGBT专用驱动模块，它采用双电源驱动结构，内部集成有2500 V 高隔离电压的光耦合器和过电流保护电路，以及过电流保护输出信号端子和与TTL电平相兼容的输入接口。
IGBT应用设计全面剖析
IGBT应用设计全面剖析如何做好IGBT的保护众所周知，IGBT是一种用MOS来控制晶体管的新型电力电子器件，具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点，被广泛应用在变频器的逆变电路中。
但由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差，一旦出现意外就会使它损坏。
为此，必须对IGBT进行相关保护。
一般我们从过流、过压、过热三方面进行IGBT保护电路设计。
IGBT承受过电流的时间仅为几微秒，耐过流量小，因此使用IGBT首要注意的是过流保护。
那么该如何根据IGBT的驱动要求设计过流保护呢?IGBT的过流保护可分为两种情况：(1) 驱动电路中无保护功能;(2) 驱动电路中设有保护功能。
对于第一种情况，我们可以在主电路中要设置过流检测器件;针对第二种情况，由于不同型号的混合驱动模块，其输出能力、开关速度与du/dt的承受能力不同，使用时要根据实际情况恰当选用。
对于大功率电压型逆变器新型组合式IGBT过流保护则可以通过封锁驱动信号或者减小栅压来进行保护。
过压保护则可以从以下几个方面进行：●尽可能减少电路中的杂散电感。
●采用吸收回路。
吸收回路的作用是;当IGBT关断时，吸收电感中释放的能量，以降低关断过电压。
●适当增大栅极电阻Rg。
IGBT的过热保护一般是采用散热器(包括普通散热器与热管散热器)，并可进行强迫风冷。
传统与新型IGBT保护模式对比在传统的使用和设计IGBT的过程中，基本上都是采用粗放式的设计模式，所需余量较大，系统庞大，但仍无法抵抗来自外界的干扰和自身系统引起的各种失效问题。
那么该如何突破传统的IGBT系统电路保护设计来解决上述问题呢?传统保护模式：防护方案防止栅极电荷积累及栅源电压出现尖峰损坏IGBT——可在G极和E 极之间设置一些保护元件，如下图的电阻RGE的作用，是使栅极积累电荷泄放(其阻值可取5kΩ);两个反向串联的稳压二极管V1和V2，是为了防止栅源电压尖峰损坏IGBT。
电力电子半导体器件(IGBT)
b. 动态锁定：动态锁定发生在开关过程中，在大电流、高电压旳情况下、 主要是因为在电流较大时引起α1和α2旳增长，以及由过大旳dv/dt引起旳位移 电流造成旳。
c. 栅分布锁定：是因为绝缘栅旳电容效应，造成在开关过程中个别先开通或 后关断旳IGBT之中旳电流密度过大而形成局部锁定。
——采用多种工艺措施，能够提升锁定电流，克服因为锁定产生旳失效。
4．开关时间与漏极电流、门极电阻、结温等参数旳关系：
5．开关损耗与温度和漏极电流关系
（三）擎住效应
IGBT旳锁定现象又称擎住效应。IGBT复合器件内有一种 寄生晶闸管存在，它由PNP利NPN两个晶体管构成。在NPN晶 体管旳基极与发射极之间并有一种体区电阻Rbr，在该电阻上， P型体区旳横向空穴流会产生一定压降。对J3结来说相当于加 一种正偏置电压。在要求旳漏极电流范围内，这个正偏压不大， NPN晶体管不起作用。当漏极电流人到—定程度时，这个正偏 量电压足以使NPN晶体管导通，进而使寄生晶闸管开通、门极 失去控制作用、这就是所谓旳擎住效应。IGBT发生擎住效应后。 漏极电流增大造成过高旳功耗，最终造成器件损坏。
在使用中为了防止IGBT发生擎住现象:
1．设计电路时应确保IGBT中旳电流不超出IDM值； 2．用加大门极电阻RG旳方法延长IGBT旳关断时间，减小重加
dVDS/d t。 3．器件制造厂家也在IGBT旳工艺与构造上想方设法尽量提
高IDM值，尽量防止产生擎住效应。
（四）安全工作区 1．FBSOA：IGBT开通时正向偏置安全工作区。
4．开关特征：
与功率MOSFET相比，IGBT 通态压降要小得多，1000V旳 IGBT约有2~5Ｖ旳通态压降。这 是因为IGBT中N－漂移区存在电 导调制效应旳缘故。
c. 栅分布锁定：是因为绝缘栅旳电容效应，造成在开关过程中个别先开通或 后关断旳IGBT之中旳电流密度过大而形成局部锁定。
——采用多种工艺措施，能够提升锁定电流，克服因为锁定产生旳失效。
4．开关时间与漏极电流、门极电阻、结温等参数旳关系：
5．开关损耗与温度和漏极电流关系
（三）擎住效应
IGBT旳锁定现象又称擎住效应。IGBT复合器件内有一种 寄生晶闸管存在，它由PNP利NPN两个晶体管构成。在NPN晶 体管旳基极与发射极之间并有一种体区电阻Rbr，在该电阻上， P型体区旳横向空穴流会产生一定压降。对J3结来说相当于加 一种正偏置电压。在要求旳漏极电流范围内，这个正偏压不大， NPN晶体管不起作用。当漏极电流人到—定程度时，这个正偏 量电压足以使NPN晶体管导通，进而使寄生晶闸管开通、门极 失去控制作用、这就是所谓旳擎住效应。IGBT发生擎住效应后。 漏极电流增大造成过高旳功耗，最终造成器件损坏。
在使用中为了防止IGBT发生擎住现象:
1．设计电路时应确保IGBT中旳电流不超出IDM值； 2．用加大门极电阻RG旳方法延长IGBT旳关断时间，减小重加
dVDS/d t。 3．器件制造厂家也在IGBT旳工艺与构造上想方设法尽量提
高IDM值，尽量防止产生擎住效应。
（四）安全工作区 1．FBSOA：IGBT开通时正向偏置安全工作区。
4．开关特征：
与功率MOSFET相比，IGBT 通态压降要小得多，1000V旳 IGBT约有2~5Ｖ旳通态压降。这 是因为IGBT中N－漂移区存在电 导调制效应旳缘故。
IGBT模块
IGBT模块工作原理及使用中的注意事项来源： | 发表于：2009年04月13日1 IGBT模块简介IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知，若在IGBT的栅极G和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。
IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极G—发射极E间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。
实物图图1 IGBT的等效电路2 IGBT模块的选择IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。
其相互关系见下表。
使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。
同时，开关损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。
特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降温等使用。
3 使用中的注意事项由于IGBT模块为MOSFET结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。
由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20～30V。
因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。
因此使用中要注意以下几点：1.在使用模块时，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；2.在用导电材料连接模块驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块；3.尽量在底板良好接地的情况下操作。
电力电子器件IGBT的应用与保护
热 稳 定 性 好 、 压 驱 动 功 率 小 ； 之 Ｇ Ｒ 控 制 电 流 电 加 Ｔ
算 机技 术 的发展 ， 断 涌现 出新 型 的 电力 半 导体 器 不 件， 并通 过 发展 逐步 将 电力 电子技 术划 分 为 传统 电
力 电子 技术 （ 以半 控 型 电力器件 为 核 心） 现代 电力 和
中 图分 类 号 ：Ｎ ２ Ｔ ３
文献 标 识 码 ： ｃ
文章 编号 ： ０－ ３３ ０ ８ ３ ０ ４ —７ １ １２０（ ０） －０ １０ ０ ２ ０
Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｎｄ ｐ ｏ ｅ ｔｏ ｆ ｐ ｗｅ ｌ ｃ ｒ ｎｉ ｖ ｃ ｓ Ｉ ＢＴ ｌｃ ｔｏ ａ ｒ ｔ ｃ ｉ ｎ ｏ ｏ ｒ ｅｅ ｔ ｏ ｃ ｄｅ ｉ ｅ Ｇ
Ｑ Ａ ｉ－ｈ ａ Ｚ Ｕ Ｓ ｏ － ｎ Ｉ Ｎ Ｊ ｃ ｕ ｎ， Ｈ ｈｕｍｉ ｎ
（．ｈ ｎ ｈ ｉ ａ ｑ Ｅｅ Ａ ｐｉ ｃ ｓ Ｃ ． Ｌｄ ，ｈ ｎｈ ｉ ０ ６ ２ Ｃ ｉａ ２Ｚ ｅｉ ｇＴ ｉｕ ｌ． ｐｉｎ ｅ ｏ， １ ａ ｇ ａ Ｇ ｏ ｉ ｌ． ｐ ｌ ｎ ｅ． ｏ， ｔ． ａ ｇ ａ ２ １０ ，ｈｎ ； ．ｈｊ ｎ ａ ａＥ ｅ Ａｐ ｌ ｃ ｓＣ ． Ｓ ａ Ｓ ａ ｈ ａ
大于 １ ０倍 以上 ）大 电 流 （ 般 载 流 量 是 ＭＯ Ｆ Ｔ 的 、 一 ＳＥ
５１ － ０倍 以上） 特 点 ， 合 应 用 于 高 电压 、 电流 、 等 适 大
大 功 率 （５ｋ ， 关 频 率 大 于 １ Ｈ ＞ Ｗ）开 ｚ的 场 合 ， 目 ｋ 是
前 中、 高频 开关 器件 和大 功率 电力 电子装 置 中的主 流器 件 。 着 Ｉ Ｂ 随 Ｇ Ｔ制 造 技 术 水 平 的 提 高 ， 别 是 特
算 机技 术 的发展 ， 断 涌现 出新 型 的 电力 半 导体 器 不 件， 并通 过 发展 逐步 将 电力 电子技 术划 分 为 传统 电
力 电子 技术 （ 以半 控 型 电力器件 为 核 心） 现代 电力 和
中 图分 类 号 ：Ｎ ２ Ｔ ３
文献 标 识 码 ： ｃ
文章 编号 ： ０－ ３３ ０ ８ ３ ０ ４ —７ １ １２０（ ０） －０ １０ ０ ２ ０
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５１ － ０倍 以上） 特 点 ， 合 应 用 于 高 电压 、 电流 、 等 适 大
大 功 率 （５ｋ ， 关 频 率 大 于 １ Ｈ ＞ Ｗ）开 ｚ的 场 合 ， 目 ｋ 是
前 中、 高频 开关 器件 和大 功率 电力 电子装 置 中的主 流器 件 。 着 Ｉ Ｂ 随 Ｇ Ｔ制 造 技 术 水 平 的 提 高 ， 别 是 特
IGBT模块使用及其注意事项的探讨
IGBT模块使用及其注意事项的探讨【摘要】电力电子器件是电力电子电路的基础，掌握各种常用电力电子器件的特性和正确使用方法是我们学好电力电子技术的基础。
新型电力电子器件又以IGBT的发展和应用最为广泛。
本文主要探讨IGBT的特性及其使用注意事项，提出了在选型、使用和保管过程中应该注意的问题。
【关键词】IGBT；MOSFET；静电；导热硅脂IGBT自1986年开始投入市场，就迅速扩展了其应用领域，目前已经取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，成为中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位，成为近年来电力电子领域中尤为瞩目的电力电子驱动器件，并且得到越来越广泛的应用。
1 IGBT模块简介IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），也称为“绝缘栅双极晶体管”，是一种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，它既具有MOSFET的开关速度快，工作频率高，输入阻抗高，热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有双极晶体管的饱和压降低，耐压高和承受电流大的优点。
其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
2 IGBT的选型用于110V至220V整流总线应用的IGBT的额定电压为600V，用于三相380V至440V整流总线应用的IGBT的额定电压为1200V。
使用中当IGBT集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。
同时，开关损耗增大，使元件发热加剧，因此选用IGBT模块时其额定电流应该大于负载电流。
特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降等使用。
一般来说，要将集电极电流的最大值控制在直流额定电流以下使用，从经济角度这是值得推荐的。
此外，为满足实际电路中的要求，IGBT往往与反并联的快速二极管封装在一起制成模块，成为逆导器件，选用时应加以注意。
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电力电子器件IGBT的选用与保护钱金川1朱守敏2（1.上海高企电器有限公司，上海 201602；2.浙江泰华电器有限公司，浙江乐清 325604）摘要本文介绍了电力电子器件的详细分类,并着重介绍了IGBT的选用以及保护应注意事项。
关键词：电力电子器件；IGBT；选用；保护Application and Protection of Power Electronic Devices IGBTQian Jinchuan1Zhu Shoumin2（1.Shanhaigaoqi Ele.Appliances.Co.,Ltd., Shanghai 201602；Zhejiang taihua Ele.Appliances Co.,Ltd., Zhejiang Yueqing 325604）Abstract This article introduces the detailed sort of power electronic devices and pay much attention to introduce the election,protection and some notice.Key words：power electronic devices；IGBT；selection；protection1引言电力电子技术是以电力为对象的电子技术,它的主要任务是对电能进行控制和变换。
随着微电子技术以及计算机技术的发展,不断涌现出新型的电力半导体器件,并通过发展逐步将电力电子技术划分为传统电力电子技术(以半控型电力器件为核心)和现代电力电子技术(以全控型器件为核心)。
尤其近几年电力电子技术始终与逆变电源领域的发展密不可分,越来越成为该领域中的重要组成部分,也极大地带动了逆变领域的飞速发展。
IGBT（Isolated Gate Bipolar Transistor）是绝缘门极双极型晶体管，它是20世纪80年代末90年代初迅速发展起来的新兴复合功率开关器件，属全控型自关断器件。
由于它将MOSFET和GTR的优点集于一身，即MOSFET输入阻抗高、开关损耗小（约为GTR 的1/3）、速度快（可在10~50kHz频率下工作）、热稳定性好、电压驱动功率小；又有GTR控制电流能力强、通态压降低（一般为3V，与MOSFET相比，大于10倍以上）、大电流（一般载流量是MOSFET的5～10倍以上）等特点。
适合高电压、大电流、大功率（＞5kW以上），开关频率大于1kHz的应用场合更显优势。
是目前中、高频开关器件和大功率电力电子装置中的主流器件。
用于各种逆变焊接电源、开关电源和感应加热电源等电力电子设备中。
随着IGBT制造技术水平的提高，特别是电流和耐压性能指标（已达到1.2kA/3.3kV）提高，使IGBT器件的应用范围将进一步扩展到更大功率控制变换场合。
市场上主要有EUPEC（优派克）：BSM、FF、FZ系列；西门康：SKM、SKIIP系列；东芝：MG、MIG系列；三菱：CM、PM、RM、TM系列；富士：1MB1、2MB1、6MBP系列；仙童：SGH、TGL、FGA、SGL系列品牌。
2电力电子器件分类电力电子器件分类见图1图1电力电子器件分类2007年第11期123器件的选用在大中功率的开关电源装置中，IGBT由于其控制驱动电路简单、工作频率高、容量较大的特点，已逐步取代晶闸管式GTO。
IGBT等效电路及图形符号图2所示。
在具体应用时，应考虑器件在任何静态、动态、过载（如短路）的运行情况下应对以下几个参数给予选择确定。
图2IGBT等效电路及图形符号3.1器件耐压选择大多数IGBT(模块或单管)通常工作在交流电网并通过单相或三相整流后的直流母线电压下。
一般选择IGBT耐压值都是在整流后的直流母线电压2倍，其原因充分考虑到过载、电网波动、开关过程引起的电压尖峰等因素。
如果在使用器件时，因结构、布线、吸收等设计环节比较理想，则可考虑采用较低耐压的IGBT以承受较高的直流母线电压。
器件耐压选择：单相交流≤230V AC，整流DC 350V，器件耐压600V；三相交流380~460V AC，整流DC 600V（最高可达900V），选择器件耐压1200V。
3.2承载电流选择（1）工作温度IGBT属半导体器件，也具有温度敏感性。
器件标称电流与温度的关系比较大。
通常随着器件壳体温度上升，器件标称电流就会下降（器件最大允许通过的集电极电流I c是按壳温T c所确定，允许通过的I c）。
另外器件标称I c最大集电极电流通常结温不超过最大允许结温值。
在IGBT快速热能响应特性（该特性反映了IGBT在单一脉冲作用下将结温传递给外壳的能力）中，对相关散热器尺寸的确定有着重要意义。
在IGBT运行过程中，过温可能产生于以下几个方面：①故障电流引起的功耗增加；②由驱动电路故障引起的功耗增加，如V GE欠压；③冷却系统出现故障，如风机停止运转，IGBT器件与散热器接触不良。
以上几方面均会导致IGBT结温超过器件最大允许C j（150℃）值。
以图3 EUPEC NPT-IGBT I c/T c曲线图为例，在T c≤25℃时，I c电流值通常为一个恒定值，但随T c的增加曲线下降很快。
器件标称其最大允许通过的集电极电流（I c）是在T c=80℃来标称，器件最大结温T c应不能超过C j=150℃。
这里需要说明的是很多器件厂家提供的型号标称电流都是在T c=25℃时电流值来标称型号，所以在选择使用时，器件自身允许最高结温以及允许通过的集电极电流I c（在壳温T c的确切值），只有这样才能选择更为合适，并合理安排如器件的散热等使用裕量的问题。
图3EUPEC NPT-IGBT I c/T c曲线图（2）安全工作区（SOA）安全工作区（SOA）限定了IGBT器件在开关运行、通态运行以及单脉冲运行时各种临界的，不导致IGBT损坏的运行条件。
器件所处的工作温度，对额定集电极电流I c有一定影响。
当工作温度升高后，允许的额定I c会降低。
安全工作区（SOA）的确定是根据最大集电极电流I CM、最大集射极电压U CEM和最大集电极功耗P CM，来确定IGBT在导通工作状态下的参数极限范围的，见图4。
图4I C/V CE确定SOA安全工作区在确定器件时，应考虑不同工作电压、脉冲宽度、允许通过的最大电流不同。
通常器件所确定的脉冲电流值（I CM集电极最大电流或称1ms时间电流），是在器件芯片最大结温T j=150℃，通电1ms 时间，允许的集电极电流，一般I CM=2I c（2倍于额定电流值）。
如需重复也需要有足够长的时间。
假如脉冲宽度限制在10us以内，则器件短路电流（又称集电极浪涌电流I P在10us内允许通过的电流）承受2007年第11期 13能力高达10倍的额定电流值，这种短路不允许经常发生，因为会严重减少器件使用寿命。
如遇特殊场合则必须选用短路鲁棒性（抗短路能力）强的器件来满足其特殊要求。
总之，在选择器件时，通常先计算通过IGBT 器件的电流值，然后根据电力电子设备的特点，考虑到过载、电网波动、开关尖峰等因素并考虑一倍的安全余量来选择相应的器件。
在严格选择的同时，应根据不同的应用情况，计算耗散功率，通过最高的结温指标可选择较小的IGBT器件通过更大的电流，从而更加有效充分利用IGBT器件。
（3）根据开关频率选择IGBT在用作开关器件时，自身损耗应需注意。
其损耗主要由通态损耗和开关损耗组成，不同的开关频率，开关损耗和通态损耗所占的比例不同。
而决定器件通态损耗的饱和压降V CE（sat）和器件开关损耗的开关时间（T on，T off）又是一对矛盾，因此在选用IGBT时应根据不同的开关频率来选择不同特征的IGBT。
如器件IGBT工作在低频f k≤15kHz时，器件基本上以通态损耗为主，这就需要选择低饱和压降型IGBT。
器件工作在开关频率f k≥15kHz时，开关损耗是主要的，此时通态损耗占的比例较小。
选择该器件应选择高频短施尾电流系列。
在具体使用时，开关频率通常为硬开关工作频率；若是工作在软开关条件下，则器件会适合更高的工作频率。
所以在选用IGBT时，应全面考虑器件自身参数是否符合所应用的场合，只有如此才能使器件更合理和科学使用。
4IGBT应用的保护措施因IGBT通常使用在开关电源装置中，由于它工作在高频、高压、大电流场所，使得它容易损坏。
另外器件作为电源的前级，由于受电网波动、谐波、雷击等原因使得它承受较强的短路电器，因此产生很大应力更易使IGBT失效。
所以增强IGBT保护以提高器件的可靠性，通常从以下几个方面着手考虑。
4.1IGBT栅极与发射极（V GE）电压如所加驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常工作；如过高超过V GE之间耐压值，则会使IGBT 造成永久损坏。
在选择驱动保护电路时，需考虑V GE 电压范围。
由于IGBT输入电容G IES（C CG+C GE=C IES是在C-E短路条件下C CG、C GE的并联值）较MOSFET 大，因此在器件关断时，需加一个负偏压，负偏压值最好在-10～-5V之内；开通时，驱动电压最佳值为15V±10%，因15V驱动电压足够使IGBT处于充分饱和，而此时通态压降也比较低，同时又能有效地限制短路电流值和因此产生的应力。
若驱动电压低于12V，则器件通态损耗较大，IGBT处于欠压驱动状态；若V GE＞20V，则难以实现电流的过流、短路保护，影响IGBT可靠工作。
为保证IGBT的V GE 驱动电压稳定可靠，在靠近IGBT的G-E之间加双16～18V稳压管（V3、V4见图5），以箝位dV/dt 引起的耦合到栅极的电压尖峰。
图5 IGBT栅极驱动保护电路4.2IGBT栅极与发射极并接电阻R1当IGBT栅极与发射极呈开路，而在其集电极与发射极之间加上电压，随着集电极电位的变化，由于器件是一种MOS栅器件有其特征电容C RES反转电容存在（C RES=C GC），使得栅极电位升高，引起IGBT的dv/dt开通，则C-E有电流流过。
这时若集电极和发射极处于高压状态，可能会使IGBT发热甚至损坏。
为避免此类情况发生，应在G-E并接一只几十千欧姆的电阻R1（图5所示），此电阻的安装应尽量靠近栅极与发射极。
4.3栅极驱动电阻R g在设计IGBT驱动电路时，选择适当的栅极驱动电阻R g非常重要。
R g阻值对IGBT的动态特征有较大的影响，因为IGBT的开通和关断是通过栅极电路的充放电来实现的。
因此栅极电阻R g的不同可以改变输入电容的充放电时间，用R g的大小来改变IGBT的关断速度，从而影响其动态性能。
R g越小，栅电容充放电较快，开关时间也较快，相应开关损耗就比较低。
但发生短路时或与IGBT反并联的续流二极管关断期间，施加在反转电容C RES(C Gc)上的di/dt和dv/dt可引起栅极电路有电流流过，若电流2007年第11期14足够大，则在栅极电阻上产生电压，严重的后果是引起IGBT误导通，或在栅极驱动电路上产生振荡并损坏器件。