IGBT模塊的作用

摘要：對IGBT的特性及使用時的注意事項進行了探討，提出了選擇和安裝過程中應該注意的方面。

1 IGBT模塊簡介
    IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(絕緣柵雙極型晶體管)的縮寫，IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管複合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET，輸出極為PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優點，既具有MOSFET器件驅動功率小和開關速度快的優點，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優點，其頻率特性介於MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作於幾十kHz頻率範圍內，在現代電力電子技術中得到了越來越廣泛的應用，在較高頻率的大、中功率應用中佔據了主導地位。
    IGBT的等效電路如圖1所示。由圖1可知，若在IGBT的柵極和發射極之間加上驅動正電壓，則MOSFET導通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態而使得晶體管導通；若IGBT的柵極和發射極之間電壓為0V，則MOS 截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極—發射極間施加十幾V的直流電壓，只有在uA級的漏電流流過，基本上不消耗功率。
 
圖1 IGBT的等效電路

2 IGBT模塊的選擇
    IGBT模塊的電壓規格與所使用裝置的輸入電源即試電電源電壓緊密相關。其相互關係見下表。使用中當IGBT模塊集電極電流增大時，所產生的額定損耗亦變大。同時，開關損耗增大，使原件發熱加劇，因此，選用IGBT模塊時額定電流應大於負載電流。特別是用作高頻開關時，由於開關損耗增大，發熱加劇，選用時應該降等使用。

3 使用中的注意事項
    由於IGBT模塊為MOSFET結構，IGBT的柵極通過一層氧化膜與發射極實現電隔離。由於此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般達到20～30V。因此因靜電而導致柵極擊穿是IGBT失效的常見原因之一。因此使用中要注意以下幾點：

1. 在使用模塊時，盡量不要用手觸摸驅動端子部分，當必須要觸摸模塊端子時，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進行放電后，再觸摸；
2. 在用導電材料連接模塊驅動端子時，在配線未接好之前請先不要接上模塊；
3. 盡量在底板良好接地的情況下操作。

    在應用中有時雖然保證了柵極驅動電壓沒有超過柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會產生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常採用雙絞線來傳送驅動信號，以減少寄生電感。在柵極連線中串聯小電阻也可以抑制振蕩電壓。
    此外，在柵極—發射極間開路時，若在集電極與發射極間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由於集電極有漏電流流過，柵極電位升高，集電極則有電流流過。這時，如果集電極與發射極間存在高電壓，則有可能使IGBT發熱及至損壞。
    在使用IGBT的場合，當柵極迴路不正常或柵極迴路損壞時(柵極處於開路狀態)，若在主迴路上加上電壓，則IGBT就會損壞，為防止此類故障，應在柵極與發射極之間串接一隻10KΩ左右的電阻。
    在安裝或更換IGBT模塊時，應十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態和擰緊程度。為了減少接觸熱阻，最好在散熱器與IGBT模塊間塗抹導熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風扇，當散熱風扇損壞中散熱片散熱不良時將導致IGBT模塊發熱，而發生故障。因此對散熱風扇應定期進行檢查，一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應器，當溫度過高時將報警或停止IGBT模塊工作。

4 保管時的注意事項

1. 一般保存IGBT模塊的場所，應保持常溫常濕狀態，不應偏離太大。常溫的規定為5～35℃ ，常濕的規定在45～75％左右。在冬天特別乾燥的地區，需用加濕機加濕;
2. 盡量遠離有腐蝕性氣體或灰塵較多的場合；
3. 在溫度發生急劇變化的場所IGBT模塊表面可能有結露水的現象，因此IGBT模塊應放在溫度變化較小的地方；
4. 保管時，須注意不要在IGBT模塊上堆放重物；
5. 裝IGBT模塊的容器，應選用不帶靜電的容器。

5 結束語
    IGBT模塊由於具有多種優良的特性，使它得到了快速的發展和普及，已應用到電力電子的各方各面。因此熟悉IGBT模塊性能，了解選擇及使用時的注意事項對實際中的應用是十分必要的。