英飞凌IGBT模块选型指南

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英飞凌IGBT模块

　　对于一个具体的应用来说，在选择IGBT功率模块时，需要考虑其在任何静态、动态、过载（如短路）的运行情况下：


　　器件耐压；


　　在实际的冷却条件下，电流的承受力；


　　最适合的开关频率；


　　安全工作区（SOA)限制；


　　最高运行限制；


　　封装尺寸；


　　1、IGBT耐压的选择


　　因为大多数IGBT模块工作在交流电网通过单相或三相整流后的直流母线电压下，所以，通常IGBT模块的工作电压（600V、1200V、1700V）均对应于常用电网的电压等级。考虑到过载，电网波动，开关过程引起的电压尖峰等因素，通常电力电子设备选择IGBT器件耐压都是直流母线电压的一倍。如果结构、布线、吸收等设计比较好，就可以使用较低耐压的IGBT模块承受较高的直流母线电压。


　　下面列出根据交流电网电压或直流母线电压来选择IGBT耐压的参考表：


　　2、IGBT电流的选择


　　半导体器件具有温度敏感性，因此，IGBT模块标称电流与温度的关系比较大。随着壳温的上升，IGBT模块可利用的电流就会下降，英飞凌IGBT模块是按壳温Tc=80℃或100℃来标称其最大允许通过的集电极电流（Ic).对于英飞凌NPT-IGBT芯片来说，当Tc＜25℃时，这个电流值通常是一个恒定值，但是，随着Tc的增加，这个可利用的电流值下降较快，有些IGBT品牌是按照Tc=25℃的电流值来标称型号，这个需要特别注意。


　　英飞凌IGBT3集电极电流Ic随壳温Tc的变化


　　需要指出的是：IGBT参数表中标出Ic是集电极最大直流电流，但这个直流电流是有条件的，首先最大结温不能超过150℃，其次，还受的安全工作区（SOA)的限制，不同的工作电压、脉冲宽度，允许通过的最大电流不同。同时，各大IGBT品牌也给出了两倍于额定值的脉冲电流，这个脉冲电流通常指脉冲宽度为1ms的单脉冲能通过的最大通态电流值，即使可重复也需要足够长的时间。如果脉冲宽度限制在10us以内，英飞凌IGBT3短路电流承受能力可高达10倍的额定电流值。这种短路也不允许经常发生，器件寿命周期内总次数不能大于1000次，两次短路时间间隔需大于1s.


　　在电力电子设备中，选择IGBT模块时，通常是先计算通过IGBT模块的电流值，然后根据电力电子设备的特点，考虑到过载、电网波动、开关尖峰等因素考虑一倍的安全余量来选择相应的IGBT模块。但严格的选择，应根据不同的应用情况，计算耗散功率，通过热阻核算具最高结温不超过规定值来选择器件。通过最高结温可选择较小的IGBT模块通过更大的电流，更加有效地利用IGBT模块。


　　3、根据开关频率选择不同的IGBT系列


　　IGBT的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有所不同。而决定IGBT通态损耗的饱和压降Vce(sat)


　　和决定IGBT开关损耗的开关时间（ton,toff)又是一对矛盾，因此，应根据不同的开关频率来选择不同特征的IGBT。


　　在低频如fk＜10kHz时，通态损耗是主要的，这就需要选择低饱和压降型IGBT系列。对应英飞凌产品需先用后缀为DLC、KE3、KE4、ME4系列IGBT；


　　若开关频率在8-20kHz之间，请使用英飞凌后缀为DN2、RT4、KT4的IGBT模块.


　　当开关频率fk＞20kHz时，开关损耗是主要的，通态损耗占的比例较小。最好选择英飞凌短拖尾电流KS4高频系列，KS4高频系列，硬开关工作频率可达40kHz；若是软开关，可工作在150kHz左右。


　　IGBT在高频下工作时，其总损耗与开关频率的关系比较大，因此，若希望IGBT工作在更高的频率，可选择更大电流的IGBT模块；另一方面，软开关主要是降低了开关损耗，可使IGBT模块工作频率大大提高。随着IGBT模块耐压的提高，IGBT的开关频率相应下降，下面列出英飞凌模块不同耐压，不同系列工作频率的参考值。