[信息與通信]第9章電力電子器件應(yīng)用的共性問題-在線瀏覽
2025-04-03 17:36本頁面
【正文】 極電路中的正偏壓應(yīng)為 +12~+15V；負(fù)偏壓應(yīng)為－ 2~－ 10V。 (5)門極驅(qū)動電路應(yīng)盡可能簡單實用，具有對 IGBT的自保護功能，并有較強的抗于擾能力。 15/75 二、驅(qū)動電路： 在滿足上述驅(qū)動條件下來設(shè)計門極驅(qū)動電路， IGBT的輸入特性與 MOSFET幾乎相同，因此與 MOSFET的驅(qū)動電路幾乎一樣。 2．信號電路和驅(qū)動電路隔離時，采用抗噪聲能力強，信號 傳輸時間短的快速光耦。 4．為抑制輸入信號振蕩，在門源間并聯(lián)阻尼網(wǎng)絡(luò)。 四、 IGBT專用驅(qū)動模塊： 大多數(shù) IGBT生產(chǎn)廠家為了解決 IGBT的可靠性問題，都生產(chǎn)與其相配套的混合集成驅(qū)動電路，如三菱公司的 M579系列（如 M57962L和 M57959L）和富士公司的 EXB系列（如EXB8 EXB84 EXB850和 EXB851）、日本東芝的 TK系列，美國庫托羅拉的 MPD系列等。 富士的 EXB841快速驅(qū)動電路 19/75 由放大電路，過流保護電路， 5V基準(zhǔn)電壓源電路組成。 20/75 EXB851應(yīng)用電路 21/75 驅(qū)動信號延時小于 。 缺點：過流保護閥值過高， Vce7V時動作，此時已遠大于飽和壓降；存在保護肓區(qū)；在實現(xiàn)止常關(guān)斷時僅能提供一 5V偏壓，在開關(guān)頻率較高、負(fù)載過大時，關(guān)斷就顯得不可靠；無過流保護自鎖功能，在短路保護時其柵壓的軟關(guān)斷過程被輸入的關(guān)斷信號所打斷。而正是因為 M57962AL可輸出一 10V的偏壓，使得 IGBT可靠地關(guān)斷；另外，M57962AL具有過流保護自動閉鎖功能，并且軟關(guān)斷時間可外部調(diào)節(jié)，而 EXB84l的軟關(guān)斷時間無法調(diào)節(jié)。 24/75 Hcpl316j 25/75 欠壓鎖定保護 過流保護功能 同 EXB841和 M57962AL一樣無降柵壓保護。 26/75 IR系列驅(qū)動器 IR系列驅(qū)動器采用了不隔離的驅(qū)動方式，在主電路的功率器件損壞時，高壓可能直接串入驅(qū)動器件，致使驅(qū)動模塊及前極電路損壞。 28/75 IGBT損壞的原因可以歸結(jié)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 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。 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(dǎo)通壓降判斷漏極電流大小。 注意：識別時間和動作時間應(yīng)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。如果按正常時的關(guān)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(shè)備中的其他元器件，因此有必要讓 IGBT在允許的短路時間內(nèi)采取措施使 IGBT進行 “ 慢速關(guān)斷 ” 。但是 IGBT畢竟是 MOS柵器 件，應(yīng)用中須有防靜電措施 ： 控制電路中設(shè)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 平整度 粗糙度 100mm Heat sink Semiconductor power module 平整度不佳的散熱器導(dǎo)致氣隙和散熱問題。m Edges Measurement fins 43/75 （ 4）使用正確的安裝力矩和安裝程序 設(shè)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(yīng)為： *Ms≤Mc≤ Ms 44/75 按照正確的順序預(yù)緊、最終緊固螺釘： 45/75 46/75 IGBT失效分析 失效原因： （ 1）設(shè)計因素： 過電應(yīng)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(yīng)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(shù)發(fā)展趨勢： ?散熱能力和溫度循環(huán)能力的改善； ?優(yōu)化設(shè)計，降低內(nèi)部引線電感； ?高度靈活的封裝于連接技術(shù)，簡化用戶的裝配； ?更高的集成度和復(fù)雜度； 49/75 芯片技術(shù) ? 降低通態(tài)壓降； ? 降低開關(guān)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(shè)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(dǎo)體。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。但發(fā)展迅速，預(yù)計到 2022年寬帶半導(dǎo)體銷售可達 50億美金； ? 技術(shù)領(lǐng)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(guān)研究； 52/75 ■ 緩沖電路（ Snubber Circuit）又稱為吸收電路，其作
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