IGBT的溫度監(jiān)控與安全運(yùn)行

IGBT的溫度及安全運(yùn)行

IGBT的溫度可由下圖描述：

溫差 (平均值)和熱阻關(guān)系如下式：
Rthjc = ΔTjc ÷ 損耗
Rthch = ΔTch ÷ 損耗
Rthha = ΔTha ÷ 損耗總和
或Rthha1,2 = ΔTha ÷ 損耗1,2 模塊規(guī)格書給出：
Rthjc per IGBT（每個(gè)IGBT開關(guān)）
Rthjc per FWD（每個(gè)FWD開關(guān)）
Rthch per IGBT（每個(gè)IGBT開關(guān)）
Rthch per FWD（每個(gè)FWD開關(guān)）或Rthch per module（每個(gè)模塊） IGBT/FWD芯片尺寸越大，Rthjc值越小；模塊尺寸越大，Rthch值越??；散熱器越大，Rthha值越小。

Rthch值的換算：Rthch per arm = Rthchper module × n
Rthch per arm = Rthch_IGBT// Rthch_FWD
Rthha值的換算：Rthha per arm = Rthha × n
其中arm是一個(gè)橋臂單元（IGBT+FWD），n是模塊內(nèi)的橋臂單元數(shù)

對(duì)于含整流橋的PIM，Rthch的換算可以按Rthjc之間的比例來算。

（1）當(dāng)損耗以周期性脈沖形式（方波/正弦半波）存在時(shí)，模塊表現(xiàn)出熱容性，可用瞬態(tài)熱阻抗Zthjc來表示。

（2）Zthjc是一個(gè)時(shí)間變量（瞬態(tài)損耗持續(xù)的時(shí)間）。時(shí)間越長(zhǎng)，Zthjc值越大。Zthjc的最大值就是Rthjc。
（3）結(jié)溫Tj的波動(dòng)幅度與Zthjc有關(guān)，Zthjc值越大，Tj的波動(dòng)幅度就越大。

IGBT模塊各個(gè)部分的溫差ΔT取決于：

（1）損耗（芯片技術(shù)、運(yùn)行條件、驅(qū)動(dòng)條件）；
（2）熱阻（模塊規(guī)格、尺寸）

模塊芯片的結(jié)溫是各部分的溫差和環(huán)境溫度之和：

Tj = ΔTjc + ΔTch + ΔTha + Ta

如果假設(shè)殼溫Tc恒定，則Tj = ΔTjc + Tc；

如果假設(shè)散熱器溫度Th恒定，則Tj = ΔTjh + Th。

（1）IGBT的平均結(jié)溫取決于平均損耗、Rthjc和殼溫Tc。
（2）在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，IGBT的結(jié)溫是波動(dòng)的，其波動(dòng)幅度取決于瞬態(tài)損耗和Zthjc，而Zthjc又和運(yùn)行條件（如變頻器輸出頻率）有關(guān)。
（3） IGBT的峰值結(jié)溫為平均結(jié)溫+波動(dòng)幅值。

結(jié)論：

IGBT的結(jié)溫（平均/峰值）和芯片技術(shù)、運(yùn)行條件、驅(qū)動(dòng)條件、IGBT規(guī)格、模塊尺寸、散熱器大小和環(huán)境溫度有關(guān)。

IGBT模塊的安全運(yùn)行

安全運(yùn)行的基本條件：

溫度：IGBT結(jié)溫峰值 Tj_peak ≤ 125°C（150°C）

模塊規(guī)格書給出了兩個(gè)IGBT最高允許結(jié)溫：

Tjmax = 150°C（175°C*）- 指無開關(guān)運(yùn)行的恒導(dǎo)通狀態(tài)下；

Tvj(max) = 125°C（150°C*）- 指在正常的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)下。

Tvj(max)規(guī)定了IGBT關(guān)斷電流、短路、功率交變（PC）所允許的最高結(jié)溫。

電壓：Vce ≤ VCES（即IGBT的電壓規(guī)格），Vge ≤ VGES（±20V）
電流：由RBSOA規(guī)定了在連續(xù)開關(guān)工作條件下，不超過2×IC,NOM。規(guī)格書中的RBSOA定義了IGBT所允許關(guān)斷的最大電流。