[信息與通信]第9章電力電子器件應用的共性問題(編輯修改稿)
2025-03-13 17:36 本頁面
【文章內容簡介】 727兩片芯片配對使用，其工作頻率較高，但在兩芯片之間需增加脈沖變壓器，給電路的使用和設計帶來 不便，因此該系列驅動器并未得到推廣。 28/75 IGBT損壞的原因可以歸結為以下 3個方面： 過熱損壞，它又分為由于集電極電流過大引起的瞬時過熱損壞和其它原因引起的持續(xù)過熱損壞； 集電極發(fā)射極間過壓損壞； 柵極過壓損壞。 IGBT器件的保護 29/75 IGBT的保護要從以下 4個方面著手： 集電極發(fā)射極間過電壓保護； 柵極過電壓保護； 過流保護； 過熱保護。 IGBT器件的保護 30/75 一、常用的保護措施： (1)通過檢出的過電流信號切斷門極控制信號，實現(xiàn)過電流保護 (2)利用緩沖電路抑制過電壓并限制過量的 dv/dt。 (3)利用溫度傳感器檢測 IGBT的殼溫，當超過允許溫度時主電路跳問，實現(xiàn)過熱保護。 二、過電流保護措施及注意問題： 1． IGBT短路時間： IGBT器件的保護 31/75 32/75 2．過電流的識別： 采用漏極電壓的識別方法，通過導通壓降判斷漏極電流大小。進而切斷門極控制信號。 注意：識別時間和動作時間應小于 IGBT允許的短路過電流時間（幾個 us），同時判斷短路的真與假，常用方法是利用降低門極電壓使 IGBT承受短路能力增加，保護電路動作時間延長來處理。 3．保護時緩關斷： 由于 IGBT過電流時電流幅值很大，加之 IGBT關斷速度快。如果按正常時的關斷速度，就會造成 Ldi/dt過大形成很高的尖峰電壓，造成 IGBT的鎖定或二次擊穿，極易損壞 IGBT和設備中的其他元器件，因此有必要讓 IGBT在允許的短路時間內采取措施使 IGBT進行 “ 慢速關斷 ” 。 33/75 34/75 采用電流互感器和霍爾元件進行過流檢測及過流保護： 35/75 短路（過流）保護 （ 1）短路模式 單臂短路 接地短路 輸出短路 橋臂直通短路 36/75 （ 2）電流檢測法保護 37/75 （ 3） Vce（ sat）檢測法保護 38/75 降額應用 39/75 散熱考慮 功率模塊內部熱阻分布 1200V (Al2O3） IGBT模塊內部熱阻分布比例 40/75 安裝加工 （ 1） 預防 ESD損傷 IGBT的柵氧 厚度比功率 MOSFET要厚，這使 得它對靜電不如后者敏感。但是 IGBT畢竟是 MOS柵器 件，應用中須有防靜電措施 ： 控制電路中設計柵極瀉放電阻和穩(wěn)壓管保護； 運輸、儲存、加工、焊接中注意避免靜電損傷（靜電電壓控制在 100V以下）； 41/75 (2) 使用平整度好的散熱器 Heatsink ? 20（ 100） 181。m ? 6,3 181。m 平整度 粗糙度 100mm Heat sink Semiconductor power module 平整度不佳的散熱器導致氣隙和散熱問題。 42/75 （ 3）均勻涂抹滿足厚度要求的導熱硅脂 硅脂厚度通常要求： 有銅底板模塊 ＝ 100um； 無銅底板模塊 ＝ 50um； Heatsink 20 25 30 181。m Edges Measurement fins 43/75 （ 4）使用正確的安裝力矩和安裝程序 設廠家推薦最大安裝力矩為 Ms,則用戶安全使用的實際安裝力矩 Mc一般應為： *Ms≤Mc≤ Ms 44/75 按照正確的順序預緊、最終緊固螺釘： 45/75 46/75 IGBT失效分析 失效原因： （ 1）設計因素： 過電應力； 散熱不足； 容差偏??； 47/75 （ 2）加工、測試、裝配因素（靜電損傷、機械損傷、過壓擊穿等）； （ 3）來料因素（批次問題、個別不良）； 失效分析方法： ?信息收集 ?芯片解剖 ?電應力測試 VGS， VDS， ID， TC ?來料測試 ?加工跟蹤 48/75 業(yè)界發(fā)展趨勢 封裝技術發(fā)展趨勢： ?散熱能力和溫度循環(huán)能力的改善； ?優(yōu)化設計，降低內部引線電感； ?高度靈活的封裝于連接技術，簡化用戶的裝配； ?更高的集成度和復雜度； 49/75 芯片技術 ? 降低通態(tài)壓降； ? 降低開關損耗； ? 改善耐沖擊性； ? 提高高壓晶體管的正向截止電壓； ? 目前最大潛力在于單元設計的優(yōu)化； INFINEON 芯片發(fā)展趨勢 50/75 新材料 以碳化硅 (SiC) 及 GaN為代表的寬禁帶材料，是繼Si和 GaAs之后的第三代半導體。 與 Si相比， SiC具有寬禁帶 (Si的 2~3倍， Si的禁帶寬度為 )、高熱導率 (Si的 )、高擊穿場強 (Si的 10倍 )、高飽和電子漂移速率 (Si的 )、化學性能穩(wěn)定、高硬度、抗磨損以及高鍵合能等優(yōu)點。所以，SiC特別適合于制造高溫、高頻、高功率、抗輻射、抗腐蝕的電子器件。 51/75 SiC材料器件目前狀態(tài)及趨勢： ? 生長過程緩慢（數(shù) um/h），且位錯、堆垛層錯等缺陷密度較大，影響實用穩(wěn)定性，目前主要用于制造二極管； ? 目前價格昂貴。但發(fā)展迅速，預計到 2022年寬帶半導體銷售可達 50億美金； ? 技術領先公司是美國 Cree，近年來其年營業(yè)額以約 50％速度高速增長；我國一些高校（如中科大）和研究所（如物理所）也在進行相關研究；
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