1、电压规格

??器件上所承受的电压要小于器件的额定电压

2、电流规格

??一般使用的ICmax≦IC(nom)*70%

3、电路结构

??由电气方案决定电路结构，然后选择合适的模块以符合电路结构

4、封装

??需要考虑安装方式、散热性能等

5、芯片

??芯片决定了通态压降、开关速度、温度系数

??富士：U4，V4 ; 英飞凌：E3，E4，P4，S4

6、其他

A、通态压降和耐压的关系;

??通态压降和开关速度的关系;

??通态压降和短路电流能力的关系

B、兼容性

C、商务等

?第二部分保护电路设计

IGBT模块可能由于过电流、过电压这类异常情况而受损，因此，在IGBT 模块的运用中,设计能够避免这种异常情况，从而保护元件的保护电路显得尤为重要。

??保护类别也可分为：过压、过流、过热、短路等

1、过流保护：

??措施是采用电流检测电阻/传感器，具体实施方案与电路有关。

2、过热保护：

??采用温度继电器、NTC温度检测电阻/隔离放大器。

3、驱动欠压保护

4、短路保护：

??通过驱动电路监测CE端电压。

(1)短路模式

(2)短路(过电流)的检测方法：

A、通过过电流检测器检测：

??为实现对IGBT的快速响应保护，将从检测出过电流到完

??成关断为止各电路的动作延迟时间设置为。

(2)短路(过电流)的检测方法：

B、通过Vce(SAT)检测：

??由于从检测出过电流到保护动作都在驱动侧进行，能够做

??到速的动作。下图为Vce(SAT)检测保护电路的实例。

5、过电压保护

(1)VGE过压

??产生原因：驱动电路故障、驱动线路不良、外部串扰、静电等

??抑制方法：优化驱动走线、驱动电路等;加GE过压保护器件

IGBT模块的VGE保证值一般为±20V。IGBT门极对静电非常敏感，请注意：

(1)使用模块时，先让人体和衣服上所带的静电通过高电阻(1MΩ左右)接地线放电后，再在接地的导电性垫板上进行操作。

(2)使用IGBT模块时，要拿封装主体，不要直接接触端子(特别是控制端子)部分。

(3)对IGBT端子进行锡焊作业时，为了避免由烙铁、烙铁焊台的泄漏产生的静电加到IGBT上，烙铁前端等要用十分低的电阻接地。

(2)VCE过压产生原因

??由于IGBT的开关速度很快，IGBT关断时，或FWD反向恢复时产生很高的di/dt,由模块周边的杂散电感引发L*(di/dt)电压(关断浪涌电压)。

(3)过电压的抑制方法

A.在IGBT中加入缓冲电路，吸收浪涌电压。缓冲电路电容采用薄膜

??电容，并配置在IGBT附近，使其吸收高频浪涌电压。

B.调整IGBT的驱动电阻的-Vge和Rg,减小di/dt。

C.尽量将电解电容配置在IGBT的附近，减小杂散电感，使用低阻抗的电容效果更佳。

D.主电路和缓冲电路配线要更短，更粗，在配线中使用铜条或双绞线具有良好的效果。

E.箝位C与G之间的电压。

(4)缓冲电路的分类

A.个别缓冲电路

RC缓冲电路、充放电型RCD缓冲电路、放电阻止型RCD缓冲电路

B.集中缓冲电路

C缓冲电路、RCD缓冲电路

(5)缓冲电路的分类

A.个别缓冲电路

B.集中缓冲电路

?第三部分散热设计

1、损耗的产生与计算

IGBT模块由IGBT和FWD部分构成，它们各自发生的损耗的合计即为IGBT的整体损耗，其中又可分为稳态损耗和交换损耗。

根据计算的发生损耗进行散热设计，保证结温Tj不超过设计值。

2、散热器(冷却体)的选定办法

(1)稳态的热方程式

??半导体的热传导可以变换成电路予以解释。这里考虑仅将IGBT模块安装到散热器的情形。为此，就热量而言，可以转换成如下图所示的热阻等效电路。

??通过上述的等效电路，可得到结

??温的热方程式：

(2)瞬态的热方程式

??一般情况下，虽然如前面所述，从平均发生的损耗考虑Tj已经足够，但实际上反复交换的损耗是脉冲波动的。因此，可以将损耗看成一定周期内和一定的峰值形成下的连续矩形脉冲。使用说明书中的瞬态热阻曲线，近似计算出温度脉动峰值Tjp。

??据此，Tjp不超过Tmax选定散热器。

??等效图

3、散热的工程实施

A.IGBT模块的安装

(1)安装位置

A、单个模块时，安装在散热器中心则热阻;

B、多个模块安装在一个散热器上时，考虑整体散热情况，对发生损耗的模块给予面积。

(2)散热器的表面处理

??尽量选用平整度好的散热器。

3、IGBT模块的安装

(3)散热绝缘混合剂的涂覆

??硅脂的导热系数、涂抹方法

3、IGBT模块的安装

(4)紧固方法

第四部分驱动电路说明

1、驱动电路的主要功能

(1)对控制信号的功率放大及整形

(2)电气隔离

(3)保护检测

2、驱动的一般特性

3、一般驱动要求：

(1)通常驱动电路必须提供正栅压+15V，关断负栅压-15～-5V;

(2)栅极驱动电路必须能够传送一个与总的栅极电荷乘以开关频率相等的平均电流，它也必须能够传送峰值电流。

(3)为使瞬变和振荡减到，应在栅极串联一个低值的电阻(阻值不等，见厂家推荐的数值或图表);

(4)GE之间应设计瞬态抑制二极管，并尽可能靠近该器件;

(5)驱动电路布线必须采用适当的接地，驱动电流导线尽可能短;

(6)避免主回路导电条与驱动电路混合或相交;

(7)驱动器电源两端须有高频旁路方式，并尽可能接近驱动电路;

(8)驱动电源的脉冲供流能力以及防止震荡的能力;

(9)保护阀值要设置好。

4、M57962L驱动短路保护

??下图为保护波形、工作原理如右图：

??第五部分应用对比示例

1、主电路工作模式分析

??例：多晶硅750V直流斩波电路

??多晶硅的冶炼过程可以分成三个部分：

①预加热

??采用三组12KV打压电源对∏型硅棒进行打压，使得硅棒由高阻态转化至低阻态。

②持续加热

??采用软启动使得电流逐步上升，从而实现对硅棒持续加热，使其温度上升至设定值。

③恒温加热

??调节输出电压电流使得硅棒温度恒定在设定温度，为多晶硅的化学冶炼提供适宜的环境。

??例：多晶硅750V直流斩波输入电源

例：多晶硅750V直流斩波负载形式

例：多晶硅750V直流斩波主电路拓扑

??多相并联Buck电路一般有两种基本拓扑，左图为每相Buck电路各用一个电感的拓扑，右图为两相Buck电路共用一个电感的拓扑。这两种拓扑采用交错控制后合路电流的等效频率为支路电流的两倍。相比于非交错控制，交错控制选择较小的电感即可达到相应的电流纹波率指标。

??例：多晶硅750V直流斩波工作模式

??根据以上分析，IGBT斩波器对硅棒加热可以分为两个阶段：

??阶段1：独立运行阶段(前17个工作点)

?此阶段1组IGBT斩波器对应1对∏型硅芯棒单独进行加热，输出电压范围为160V至750V左右，输出电流范围60A至600A左右，当单独运行时每个Buck电路输出的电压小于160V时，独立供电无法满足硅棒电压、电流要求，通过接触器开关调整IGBT斩波器进入第二阶段。

??例：多晶硅750V直流斩波工作模式

??阶段2：并联运行阶段(第17至第72个工作点)

??第二阶段通过接触器开关将每3组Buck电路输出并联起来，向串联的3对∏型硅芯棒供电，输出电压范围依然为160V- 750V，并联输出电流范围为500A-2600A。

?其中L：每支路的电感值0.2mH;I：流过负载的电流;

N：并联IGBT数;j：不超过N*D的整数

3、额定电流

IGBT模块的集电极电流变大时，同态阻抗上升，发生的稳态损耗就变大。开关损耗也同样增加使元件发热。由于需要将IGBT、FWD的结温控制在150℃以内使用。因此选定IGBT的额定电流非常重要。

??选择IGBT模块电流时，应充分考虑主电路的工作模式，分析各个工作状态时IGBT的电流应力情况，特别注意非线性元件和线路杂散参数的影响。作为大体标准，一般在装置的电流值≤元件的额定电流情况下使用。

??如上述直流斩波电路中，可用下式计算流过IGBT的电流：

驱动波形——下降沿

??驱动脉冲以及IGBT和续流二极管的CE极间电压波形下图所示，其中左侧为英飞凌IGBT驱动上升沿波形，右侧为富士IGBT驱动上升沿波形。

??注：CH1为IGBTVge，CH3为IGBT Vce，CH4为当续流二极管用IGBT的Vce。

?电压尖峰

??由以上波形对比可以得到如下结论

?富士IGBT比英飞凌IGBT的电压峰值高120V，电压尖峰高100V左右，因此从IGBT的CE电压尖峰来说，英飞凌IGBT较好。

??温升

??根据相同条件下测量得到的温升数据，通过excel绘图功能得下图，其中左侧为英飞凌IGBT驱动情况，右侧为富士IGBT温升情况。

??注：IGBT下底铜基板：IGBT模块的一个方向的铜基板表面，此点是将热电偶固定于测试点上进行测量;IGBT背部铜基板：模块的铜基板中心位置，采用将热电偶通过预留的插孔插入底部进行测量的;IGBT左侧铜基板：IGBT模块的安装位置靠左的方向铜基板表面。

由以上温升情况可以得到如下结论

从温度特性上来看，富士IGBT的温升远低于英飞凌IGBT的温升，因此富士IGBT的温度特性较好。

??效率

??相同条件下，两种IGBT效率对比如下

从上图可以看出富士IGBT的效率要比英飞凌IGBT的效率高0.5至1个百分点，这也是运行时英飞凌IGBT的温度要比富士IGBT温度高很多的原因