最简单易用的7管封装IGBT模块-原理图|技术方案

IGBT的优势在于输入阻抗很高，开关速率快，导通态电压低，关断时阻断电压高，集电极和发射机承受电流大的特点，目前已经成为电力电子行业的功率半导体发展的主流器件。IGBT已经由第三代发展到第五代了，由穿透型发展到非穿透型。IGBT模块也在此基础上同步发展，单管模块，半桥模块，6管模块，到现在的7管模块。IGBT驱动设计上比较复杂，需要考虑较多的因素，诸如合理的选择驱动电压Uge和门极驱动电阻Rg，过流过压保护等都是很重要的。IGBT模块广泛用于UPS，感应加热，逆变焊机电源，变频器等领域。
 

图1：半桥模块

   
图2：全桥模块(H桥)

图3：三相全桥6管封装

对于世强代理的Vincotech7管封装的IGBT模块主要是用于电机驱动的变速调节和新能源逆变上，他由6管再加一个带制动的IGBT单管封装在一起构成一个7管的封装。
  

图4：7管封装

7管模块的应用要点：
1.IGBT模块栅极驱动电压
Vge要大于Vge(th),意思是栅极的驱动电压要大于IGBT的门极阈值电压IGBT才能开动，对于这个7管模块的Vge典型值是5.8V，为了是IGBT充分完全饱和导通，并使开关损耗降到最低，因此需要再Vge选一个合适的值，当Vge增加通态电阻减小，通态压降也在降低，损耗也在降低，但是IGBT承受的短路电流能力却在减小，当Vge太大，会引起栅极电压振荡，容易损坏栅极，当Vge减小，通态电阻增大，通态压降增大，损耗也在增大，为了平衡这些制约关系，一般选在1.5~3倍的Vge(th)，折中选在12~15V的范围，在IGBT关断时，一般是采用负向偏压，提高抗干扰能力和抗击di/dt冲击能力，一般负压在-10~-6V。
 

图5：IGBT门极开关波形

2.IGBT的栅极电阻Rg的确定
当然Rg增大时，可以抑制门极脉冲沿的陡峭度有效的防止振荡，同时可以减少开关di/dt，限制了IGBT集电极的尖峰电压，但是会增加开关时间，增加开关损耗。Rg小了，会导致GE之间的振荡，损坏IGBT，一般在Rg上并联一个10K左右的电阻到E极，另外在GE之间加上TVS吸收尖峰。
3.因内部带有制动的IGBT单管制动，当对电机的减速时，关闭驱动，同时只要将此管打开，将因电机转动感应产生的能量吸收泻放，因此应用场合主要在电机调速控制，下图是整个电机控制的框图。

 
图6：整个电机控制的框图

图7：驱动部分可以选用光隔离驱动

7管封装采用IGBT4技术，高集成度较少的PCB走线，内建一个NTC的，实时反应模块内部的温度，在变频器电机调速上应用是非常合适的。现Vincotech IGBT已可通过世强订购，欢迎拨打世强服务热线电话40088-73266获得专业快捷的服务！

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摘要：工程师在设计一款产品时用了一颗9A的MOS管，量产后发现坏品率偏高，经重新计算分析后，换成了一颗5A的MOS管，问题解决。为什么用电流裕量更小的器件，却能提高可靠性呢？

工程师在设计的过程中非常注意元器件性能上的裕量，却很容易忽视热耗散设计，案例分析我们放到最后说，为了帮助理解，我们先引入一个概念：

其中Tc为芯片的外壳温度，PD为芯片在该环境中的耗散功率，Tj表示芯片的结点温度，目前大多数芯片的结点温度为150℃，Rjc表示芯片内部至外壳的热阻，Rcs表示外壳至散热片的热阻，Rsa表示散热片到空气的热阻，一般功率器件用Rjc进行计算即可。

图1功率器件热阻分布示意图

举个例子来说，大家常用的S8050在25℃（Tc）的最大耗散功率是0.625W，额定电流为0.5A，最高结点温度为150℃,此代入公式有：

从上面公式可以推算出Rja为200℃/W（Rja表示结点到空气的热阻）。假设芯片壳温（Tc）为55℃，热耗散功率有0.5W时，此刻芯片结点温度为：Tj=Tc+PD*Rjc代入得到155℃，已经超过了最高结温150℃了。故需要降额使用，然而降额曲线在数据手册中并未标注，所以小编只能自行计算。

在25℃（Tc）时有公式：

恒成立。

把线性降额因子设为F，则在任意温度时有：

代入已知参数得到F＞5mW/℃，一般为了满足裕量要求，降额因子往往取得更大才能满足可靠性设计要求。

由于小晶体管和芯片是不带散热器的，这时就要考虑壳体到空气之间的热阻。一般数据手册会给出Rja（结到环境之间的热阻）。那么三极管S8050，其最大功率0.625W是在其壳温25℃时取得的。倘若环境温度刚好为25℃，芯片自身又要消耗0.625W的功率，那么为了满足结点不超过150℃，唯一的办法就是让其得到足够好的散热。

好了，我们把问题转回到最初的场效应管为什么需要从9A变成5A性能更可靠的问题上来，场效应管的损耗通常来自导通损耗与开关损耗两种，但在高频小电流条件下以开关损耗为主，由于9A的场效应管在工艺上决定了其栅极电容较大，需要较强的驱动能力，在驱动能力不足的情况下导致其开关损耗急剧上升，特别在高温情况下由于热耗散不足，导致结点温度超标引发失效。如果在满足设计裕量的条件下换成额定电流稍小的场管以后，由于两种场管在导通内阻上并不会差距太大，且导通损耗在高频条件下相比开关损耗来说几乎可以忽略不计，这样一来5A的场管驱动起来就会变得容易很多，开关损耗降下去了，使用5A场管在同样的温度环境下结点温度降低在可控范围，自然就不会再出现热耗散引起的失效了，当然遇到这种情况增强驱动能力也是一个很好的办法。

图2开关器件损耗分析示意图

通常大多数芯片的结点温度是150℃，只要把结点温度控制在这个范围内并保持一定裕量，从热耗散的设计角度来说都是没有问题的，如果下次你找遍了芯片的器件性能指标均发现有一定裕量却无法找到失效原因时，不妨从热耗散的角度来发现问题，兴许能帮上大忙。

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