IGBT模塊吸收電容參數(shù)設(shè)計(jì)，IGBT 模塊失效機(jī)理分析

IGBT模塊將是下述內(nèi)容的主要介紹對(duì)象，通過(guò)這篇文章，小編希望大家可以對(duì)IGBT模塊的相關(guān)情況以及信息有所認(rèn)識(shí)和了解，詳細(xì)內(nèi)容如下。

一、IGBT模塊吸收電容參數(shù)設(shè)計(jì)

IGBT模塊采用吸收電路時(shí)，典型的關(guān)斷電壓波形如下圖所示。從圖中可以看出，初始浪涌電壓△U1之后，隨著吸收電容充電，瞬態(tài)電壓再次上升。第二次上升峰值△U2是吸收電容和母線寄生電感的函數(shù)。為確定△U2的數(shù)量級(jí)，可以用能量守恒定律獲得下式：

式中：Lp為母線寄生電感;ic為功率器件的工作電流;C為吸收電容值;△U2為吸收電壓峰值。若給△U2設(shè)定限值，那么便能按下式進(jìn)行計(jì)算：

下表給出了針對(duì)H系列IGBT推薦的吸收電路設(shè)計(jì)值，使用下表的兩個(gè)設(shè)定條件是：

1)吸收電路處理的最大電流為該模塊的額定電流Ic，對(duì)短路時(shí)發(fā)生的過(guò)大電流已采用降低柵極發(fā)射極電壓UGE、鉗位UGE等辦法加以限制。

2)按C型緩沖電路設(shè)計(jì)的緩沖電容Cs值，是以△U2=100V計(jì)算出來(lái)的。根據(jù)前面的選擇，對(duì)于額定電流為300A的主功率開(kāi)關(guān)器件，從表中的推薦值可以得出吸收電容的值應(yīng)該是0.47uF?？紤]到該推薦值為采用RC吸收網(wǎng)絡(luò)時(shí)的選擇值，對(duì)于吸收電容直接并接在每個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件兩側(cè)的情況，該吸收電容的選擇值還可以比這個(gè)值小。大功率IGBT電路需要極低電感量的吸收電路，故吸收電容要選擇無(wú)感電容。

吸收網(wǎng)絡(luò)中元件的特性是非常重要的。由于電流變化率非常大，吸收電路及其元件內(nèi)部很小的寄生電感現(xiàn)象幾乎可以使網(wǎng)絡(luò)完全失效。為了減小寄生電感，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①直流母線要盡量地短。

②緩沖吸收電路要盡量貼近IGBT。

③選用無(wú)感的突波電容及與IGBT相匹配的快速緩沖二極管。

二、IGBT 模塊失效機(jī)理

IGBT 模塊失效的機(jī)理大致可以分作兩大類共九個(gè)方面。他們分別是：

第一類，由于參數(shù)余量不足導(dǎo)致的四個(gè)問(wèn)題。

1. 變壓器結(jié)電容相對(duì)于電壓變化率過(guò)大，導(dǎo)致的耦合電流干擾問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致的后果是，輸出邏輯錯(cuò)誤，控制電路被干擾，電路失效等。

2. 驅(qū)動(dòng)電路的工作頻率（最小脈寬）相對(duì) IGBT 開(kāi)關(guān)頻率（占空比范圍）不足，或輔助電源平均輸出功率不足，導(dǎo)致的輸出不穩(wěn)定。這個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致的后果是，驅(qū)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生波動(dòng)，系統(tǒng)最壞情況出現(xiàn)概率增加。

3. 驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓的上升下降沿速率與 IGBT 開(kāi)關(guān)速率不匹配，或輔助電源峰值功率不足，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路達(dá)不到滿幅值驅(qū)動(dòng)。這個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致的后果是，產(chǎn)品批量一致性降低，系統(tǒng)最壞情況出現(xiàn)概率增加。

4. 驅(qū)動(dòng)芯片的額定輸出功率密度相對(duì)不足，導(dǎo)致的器件老化加速。這個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致的后果是，延遲時(shí)間增加導(dǎo)致死區(qū)時(shí)間相對(duì)不足。

第二類，與應(yīng)用技術(shù)相關(guān)的五個(gè)問(wèn)題。

1. 器件選用方面的問(wèn)題。包括：儲(chǔ)能電容的可靠性問(wèn)題；電容等效直流電阻問(wèn)題；光敏器件老化與可靠性問(wèn)題；光線接口的環(huán)境粉塵及接口機(jī)械強(qiáng)度等問(wèn)題。

2. 輸出邏輯可靠性方面的問(wèn)題。包括：存儲(chǔ)器邏輯錯(cuò)誤的一些建議措施，驅(qū)動(dòng)板安裝位置建議。

3. 耦合電流路徑方面的問(wèn)題。包括：各單元安裝環(huán)境，位置。接地問(wèn)題，耦合電流引導(dǎo)問(wèn)題，系統(tǒng)敏感帶寬，閂鎖，電源完整性問(wèn)題。

4. 輸出電阻取值方面的問(wèn)題。包括：取值上限的制約因素，取值下限的制約因素，IGBT 溫度與取值區(qū)間的關(guān)系。

5. IGBT 安裝方面的問(wèn)題。包括：由于熱或機(jī)械應(yīng)力不均導(dǎo)致的失效，熱阻及散熱條件均勻性導(dǎo)致的失效。

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