鞍山伯興熱管技術(shù)有限公司
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由于熱阻隨IGBT安裝位置的不同而不同,因此,若在散熱器上僅安裝一個(gè)IGBT時(shí),應(yīng)將其安裝在正中間,以便使得熱阻最小;當(dāng)要安裝幾個(gè)IGBT時(shí),應(yīng)根據(jù)每個(gè)IGBT的發(fā)熱情況留出相應(yīng)的空間; 使用帶紋路的散熱器時(shí),應(yīng)將IGBT較寬的方向順著散熱器的紋路,以減少散熱器的變形;散熱器的安裝表面光潔度應(yīng)≤10μm,如果散熱器的表面不平,將大大增加散熱器與器件的接觸熱阻,甚至在IGBT的管芯和管殼之間的襯底上產(chǎn)生很大的張力,損壞IGBT的絕緣層;為了減少接觸熱阻,最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。為IGBT散熱器設(shè)計(jì)保護(hù)時(shí)需要注意的問題:
1.IGBT柵極的保護(hù)
2.集電極與發(fā)射極間的過壓保護(hù)
過電壓的產(chǎn)生主要有兩種情況,一種是施加到IGBT集電極-發(fā)射極間的直流電壓過高,另一種為集電極-發(fā)射極上的浪涌電壓過高。
(1)直流過電壓
直流過壓產(chǎn)生的原因是由于輸入交流電源或IGBT的前一級(jí)輸入發(fā)生異常所致。解決的辦法是在選取IGBT時(shí),進(jìn)行降額設(shè)計(jì);另外,可在檢測(cè)出這一過壓時(shí)分?jǐn)郔GBT的輸入,保證IGBT的安全。
(2)浪涌電壓的保護(hù)
因?yàn)殡娐分蟹植茧姼械拇嬖?,加之IGBT的開關(guān)速度較高,當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)及與之并接的反向恢復(fù)二極管逆向恢復(fù)時(shí),就會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電壓Ldi/dt,威脅IGBT的安全。
3.集電極電流過流保護(hù)
對(duì)IGBT的過流保護(hù),主要有3種方法。
(1)用電阻或電流互感器檢測(cè)過流進(jìn)行保護(hù)
(2)由IGBT的VCE(sat)檢測(cè)過流進(jìn)行保護(hù)
(3)檢測(cè)負(fù)載電流進(jìn)行保護(hù)
(4)過熱保護(hù)
一般情況下流過IGBT的電流較大,開關(guān)頻率較高,故而器件的損耗也比較大,如果熱量不能及時(shí)散掉,使得器件的結(jié)溫Tj超過Tjmax,則IGBT可能損壞。
IGBT的功耗包括穩(wěn)態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)動(dòng)耗,其動(dòng)態(tài)功耗又包括開通功耗和關(guān)斷功耗。在進(jìn)行熱設(shè)計(jì)時(shí),不僅要保證其在正常工作時(shí)能夠充分散熱,而且還要保證其在發(fā)生短時(shí)過載時(shí),IGBT的結(jié)溫也不超過Tjmax。
當(dāng)然,受設(shè)備的體積和重量等的限制以及性價(jià)比的考慮,散熱系統(tǒng)也不可能無(wú)限制地?cái)U(kuò)大。可在靠近IGBT處加裝一溫度繼電器等,檢測(cè)IGBT的工作溫度??刂茍?zhí)行機(jī)構(gòu)在發(fā)生異常時(shí)切斷IGBT的輸入,保護(hù)其安全。
若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓,則MOSFET導(dǎo)通,這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通;若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V,則MOSFET截止,切斷PNP晶體管基極電流的供給,使得晶體管截止。
由此可知,IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定:
——IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓;
——IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓;
——流過IGBT集電極-發(fā)射極的電流;
——IGBT的結(jié)溫。
如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓,即驅(qū)動(dòng)電壓過低,則IGBT不能穩(wěn)定正常地工作,如果過高超過柵極-發(fā)射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞;同樣,如果加在IGBT集電極與發(fā)射極允許的電壓超過集電極-發(fā)射極之間的耐壓,流過IGBT集電極-發(fā)射極的電流超過集電極-發(fā)射極允許的最大電流,IGBT的結(jié)溫超過其結(jié)溫的允許值,IGBT都可能會(huì)永久性損壞。