igbt模塊實物接線圖分析 - 全文

　　IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品；封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上；IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點；當(dāng)前市場上銷售的多為此類模塊化產(chǎn)品，一般所說的IGBT也指IGBT模塊；隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進，此類產(chǎn)品在市場上將越來越多見。

　　IGBT模塊連接圖

　　IGBT模塊的安裝：

　　為了使接觸熱阻變小，推薦在散熱器與IGBT模塊的安裝面之間涂敷散熱絕緣混合劑。涂敷散熱絕緣混合劑時，在散熱器或IGBT模塊的金屬基板面上涂敷。如圖1所示。隨著IGBT模塊與散熱器通過螺釘夾緊，散熱絕緣混合劑就散開，使IGBT模塊與散熱器均一接觸。

　　上圖：兩點安裝型模塊 下圖：一點安裝型模塊

　　圖1 散熱絕緣混合劑的涂敷方法

　　涂敷同等厚度的導(dǎo)熱膏（特別是涂敷厚度較厚的情況下）可使無銅底板的模塊比有銅底板散熱的模塊的發(fā)熱更嚴(yán)重，最終引至模塊的結(jié)溫超出模塊的安全工作的結(jié)溫上限（Tj《 125℃或125℃）。因為散熱器表面不平 整所引起的導(dǎo)熱膏的厚度增加，會增大接觸熱阻，從而減慢熱量的擴散速度。

　　IGBT模塊安裝時，螺釘?shù)膴A緊方法如圖2所示。另外，螺釘應(yīng)以推薦的夾緊力矩范圍予以夾緊。如果該力矩不足，可能使接觸熱阻變大，或在工作中產(chǎn)生松動。反之，如果力矩過大，可能引起外殼破壞。將IGBT模塊安裝在由擠壓模制作的散熱器上時，IGBT模塊的安裝與散熱器擠壓方向平行，這是為了減小散熱器變形的影響。

　　圖2 螺釘?shù)膴A緊方法

　　把模塊焊接到PCB時，應(yīng)注意焊接時間要短。注意波形焊接機的溶劑干燥劑的用量，不要使用過量的溶劑。模塊不能沖洗。用網(wǎng)版印刷技術(shù)在散熱器表面印刷50μm的散熱復(fù)合用螺釘把模塊和PCB安裝在散熱器上。在未上螺釘之前，輕微移動模塊可以更好地分布散熱膏。安裝螺釘時先用合適的力度固定兩個螺釘，然后用推薦的力度旋緊螺釘。

　　在IGBT模塊的端子上，將柵極驅(qū)動電路和控制 電路錫焊時，一旦焊錫溫度過高，可能發(fā)生外殼樹脂材料熔化等不良情況。一般性產(chǎn)品的端子耐熱性試驗條件：焊錫溫度： 260±5℃。焊接時間： 10±1s。次數(shù)：1次。

　　IGBT模塊安裝中應(yīng)注意的事項：

　　1）要在無電源時進行安裝，裝卸時應(yīng)采用接地工作臺，接地地面，接地腕帶等防靜電措施。先讓人體和衣服上所帶的靜電通過高電阻（1Ωn左右）接地線放電后，再在接地的導(dǎo)電性墊板上進行操作。要拿封裝主體，不要直接觸碰端子（特別是控制端子）部。不要做讓模塊 電極的端子承受過大應(yīng)力。

　　2）IGBT模塊的散熱器應(yīng)根據(jù)使用條件和環(huán)境及IGBT模塊參數(shù)進行匹配選擇，以保證GBT模塊工作時對散熱器的要求。為了減少接觸熱阻，推薦在散熱器與IGBT模塊之間涂上一層很薄的導(dǎo)熱硅脂。

　　3）IGBT模塊安裝到散熱片上時，要先在模塊的反面涂上散熱絕緣混合劑（導(dǎo)熱膏），再用推薦的夾緊力距充分旋緊。另外，散熱片上安裝螺絲的位置之間的平坦度應(yīng)控制在100μm以下，表面粗糙度應(yīng)控制在10μm以下。散熱器表面如有凹陷，會導(dǎo)致接觸熱阻（Rth（c—f）的增加。另外，散熱器表面的平面度在上述范圍以外時，IGBT模塊安裝時（夾緊時）會給IGBT模塊內(nèi)部的芯片與位于金屬基板間的絕緣基板增加應(yīng)力，有可能產(chǎn)生絕緣破壞。

　　4）IGBT模塊底板為銅板的模塊，在散熱器與IGBT模塊均勻受力后，從IGBT模塊邊緣可看出有少許導(dǎo)熱硅脂擠出為最佳。IGBT模塊底板為DBC基板的模塊，散熱器表面必須平整、光潔，采用絲網(wǎng)印刷或圓滾滾動的方法涂敷一薄層導(dǎo)熱硅脂后，使兩者均勻壓接。

　　IGBT模塊直接固定在散熱器上時，每個螺釘需按說明書中給出的力矩旋緊，螺釘一定要受力均勻，力矩不足導(dǎo)致熱阻增加或運動中出現(xiàn)螺釘松動。兩點安裝緊固螺絲時，第一個和第二個依次緊固額定力矩的1/3，然后反復(fù)多次使其達(dá)到額定力矩，四點安裝和兩點安裝類似。緊固螺絲時，依次對角緊固1/3額定力矩，然后反復(fù)多次使其達(dá)到額定力矩。

　　5）散熱器表面要平整清潔，要求平面度≤150μm，表面光潔度≤ 6μm，在界面要涂傳熱導(dǎo)電膏，涂層要均勻，厚度約150μm。

　　6）使用帶紋路的散熱器時，IGBT模塊長的方向順著散熱器的紋路，以減少散熱器的變形。兩只模塊在一個散熱器上安裝時，短的方向并排擺放，中間留出足夠的距離，主要是使風(fēng)機散熱時減少熱量疊加，容易散熱，最大限度發(fā)揮散熱器的效率。

　　GA系列IGBT單開關(guān)型模塊的內(nèi)部接線圖

　　IGBT驅(qū)動電路

　　下圖為M57962L驅(qū)動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，采用光耦實現(xiàn)電氣隔離，光耦是快速型的，適合高頻開關(guān)運行，光耦的原邊已串聯(lián)限流電阻（約185 Ω），可將5 V的電壓直接加到輸入側(cè)。它采用雙電源驅(qū)動結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成有2 500 V高隔離電壓的光耦合器和過電流保護電路、過電流保護輸出信號端子和與TTL電平相兼容的輸入接口，驅(qū)動電信號延遲最大為1.5us。

　　當(dāng)單獨用M57962L來驅(qū)動IGBT時。有三點是應(yīng)該考慮的。首先。驅(qū)動器的最大電流變化率應(yīng)設(shè)置在最小的RG電阻的限制范圍內(nèi)，因為對許多IGBT來講，使用的RG 偏大時，會增大td（on ）（導(dǎo)通延遲時間），t d（off）（截止延遲時間），tr（上升時間）和開關(guān)損耗，在高頻應(yīng)用（超過5 kHz）時，這種損耗應(yīng)盡量避免。另外。驅(qū)動器本身的損耗也必須考慮。

　　如果驅(qū)動器本身損耗過大，會引起驅(qū)動器過熱，致使其損壞。最后，當(dāng)M57962L被用在驅(qū)動大容量的IGBT時，它的慢關(guān)斷將會增大損耗。引起這種現(xiàn)象的原因是通過IGBT的Gres（反向傳輸電容）流到M57962L柵極的電流不能被驅(qū)動器吸收。它的阻抗不是足夠低，這種慢關(guān)斷時間將變得更慢和要求更大的緩沖電容器應(yīng)用M57962L設(shè)計的驅(qū)動電路如下圖。

　　電路說明：電源去耦電容C2 ～C7采用鋁電解電容器，容量為100 uF／50 V，R1阻值取1 kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1 kΩ，電源采用正負(fù)l5 V電源模塊分別接到M57962L的4腳與6腳，邏輯控制信號IN經(jīng)l3腳輸入驅(qū)動器M57962L。雙向穩(wěn)壓管Z1選擇為9.1 V，Z2為18V，Z3為30 V，防止IGBT的柵極、發(fā)射極擊穿而損壞驅(qū)動電路，二極管采用快恢復(fù)的FR107管。

　　IGBT模塊接線注意事項：

　　1）柵極與任何導(dǎo)電區(qū)要絕緣，以免產(chǎn)生靜電而擊穿，IGBT在包裝時將G極和E極之問有導(dǎo)電泡沫塑料，將它短接。裝配時切不可用手指直接接觸G極，直到 G極管腳進行永久性連接后，方可將G極和E極之間的短接線拆除。

　　2）在大功率的逆變器中，不僅上橋臂的開關(guān)管要采用各自獨立的隔離電源，下橋臂的開關(guān)管也要采用各自獨立的隔離電源，以避免回路噪聲，各路隔離電源要達(dá)到一定的絕緣等級要求。

　　3）在連接IGBT 電極端子時，主端子電極間不能有張力和壓力作用，連接線（條）必須滿足應(yīng)用，以免電極端子發(fā)熱在模塊上產(chǎn)生過熱?？刂菩盘柧€和驅(qū)動電源線要離遠(yuǎn)些，盡量垂直，不要平行放置。

　　4）光耦合器輸出與IGBT輸入之間在PCB上的走線應(yīng)盡量短，最好不要超過3cm。

　　5）驅(qū)動信號隔離要用高共模抑制比（ CMR）的高速光耦合器，要求 tp《0.8μs，CMR》l0kV/μs，如6N137，TCP250 等。

　　6）IGBT模塊驅(qū)動端子上的黑色套管是防靜電導(dǎo)電管，用接插件引線時，取下套管應(yīng)立即插上引線；或采用焊接引線時先焊接再剪斷套管。

　　7）對IGBT端子進行錫焊作業(yè)的時候，為了避免由烙鐵、烙鐵焊臺的泄漏產(chǎn)生靜電加到IGBT上，烙鐵前端等要用十分低的電阻接地。焊接G極時，電烙鐵要停電并接地，選用定溫電烙鐵最合適。當(dāng)手工焊接時，溫度260℃±5℃，時間（10 +1）s。波峰焊接時，PCB要預(yù)熱80 ~105℃，在245℃時浸入焊接3~4s。

　　8）儀器測量時，應(yīng)采用1000 電阻與G極串聯(lián)。在模塊的端子部測量驅(qū)動電壓（ VGE）時，應(yīng)確認(rèn)外加了既定的電壓。

　　9）IGBT模塊是在用lC泡沫等導(dǎo)電性材料對控制端子采取防靜電對策的狀態(tài)下出庫的。這種導(dǎo)電性材料在產(chǎn)品進行電路連接后才能去除。

　　10）僅使用FWD而不使用IGBT時（比如在斬波電路等中應(yīng)用時），不使用的IGBT的G-E間應(yīng)加-5V以上（推薦-15V、最大- 20V）的反偏壓。反偏壓不足時，IGBT可能由于FWD反向恢復(fù)時的dv/dt引起誤觸發(fā)而損壞。