變頻電源在正常工作情況下流過IGBT的電流較大,開關頻率較高,故而器件的損耗也比較大,如果熱量不能及時散掉,使得器件的結溫Tj超過Tjmax,則可能造成IGBT損壞。
IGBT的功耗包括穩態功耗和動態動耗,其動態功耗又包括開通功耗和關斷功耗。在進行熱設計時,不僅要保證其在正常工作時能夠充分散熱,而且還要保證其在發生短時過載時,IGBT的結溫也不超過Tjmax。
當然,受設備的體積和重量等的限制以及性價比等因素,IGBT的散熱系統也不可能無限制地擴大。可在靠近IGBT處加裝一溫度繼電器等,檢測IGBT的工作溫度。檢測電路在檢測到發生異常時有控制電路發出關斷IGBT的指令,以保護IGBT。
在IGBT上安裝和固定散熱器時應注意以下事項:
(1)由于熱阻隨IGBT安裝位置的不同而不同,因此,若在散熱器上僅安裝一個IGBT時,應將其安裝在正中間,以便使得熱阻最小;當要安裝幾個IGBT時,應根據每個IGBT的發熱情況留出相應的空間。
(2)使用帶紋路的散熱器時,應將IGBT較寬的方向順著散熱器的紋路,以減少散熱器的變形。
(3)散熱器的安裝表面光潔度應≤10μm,如果散熱器的表面不平,將大大增加散熱器與器件的接觸熱阻,甚至在IGBT的管芯和管殼之間的襯底上產生很大的張力,損壞ICBT的絕緣層。
(4)為了減少接觸熱阻,最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導熱硅脂。
在應用IGBT時只要在過壓、過流、過熱等幾個方面都采取有效的保護措施后,在實際應用中均能夠取得良好的效果,才能保證IGBT安全可靠地工作。
在IGBT的驅動和保護電路設計時應注意以下事項:
(1) IGBT由于有集電極一柵極寄生電容的密勒效應影響,能引起意外的電壓尖峰損害,所以設計時應讓柵極電路的阻抗足夠低以盡量消除其負面影響。
(2)柵極串聯電阻和驅動電路內阻抗對IGBT的開通過程及驅動脈沖的波形都有很大影響。所以設計時應綜合考慮。
(3)應采用慢降柵壓技術來控制故障電流的下降速率,從而抑制器件的du/dt和Uce的峰值,達到短路保護的目的。
(4)在工作電流較大的情況下,為了減小關斷過電壓,應盡量減小主電路的布線電感,吸收電容器應采用低感型。
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