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英飞凌IGBT模块选型指南

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英飞凌IGBT模块选型指南

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。
  素材来源:    发布时间: 2023-12-13

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