如何準(zhǔn)確選擇功率器件二

　　選擇MOSFET的下一步是計(jì)算系統(tǒng)的散熱要求。設(shè)計(jì)人員必須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對(duì)最壞情況的計(jì)算結(jié)果，因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果提供更大的安全余量，能確保系統(tǒng)不會(huì)失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測(cè)量數(shù)據(jù)；比如封裝器件的半導(dǎo)體結(jié)與環(huán)境之間的熱阻，以及最大的結(jié)溫。

　　器件的結(jié)溫等于最大環(huán)境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積（結(jié)溫=最大環(huán)境溫度+［熱阻×功率耗散］）。根據(jù)這個(gè)方程可解出系統(tǒng)的最大功率耗散，即按定義相等于I2×RDS（ON）。由于設(shè)計(jì)人員已確定將要通過(guò)器件的最大電流，因此可以計(jì)算出不同溫度下的RDS（ON）。值得注意的是，在處理簡(jiǎn)單熱模型時(shí)，設(shè)計(jì)人員還必須考慮半導(dǎo)體結(jié)/器件外殼及外殼/環(huán)境的熱容量；即要求印刷電路板和封裝不會(huì)立即升溫。

　　雪崩擊穿是指半導(dǎo)體器件上的反向電壓超過(guò)最大值，并形成強(qiáng)電場(chǎng)使器件內(nèi)電流增加。該電流將耗散功率，使器件的溫度升高，而且有可能損壞器件。半導(dǎo)體公司都會(huì)對(duì)器件進(jìn)行雪崩測(cè)試，計(jì)算其雪崩電壓，或?qū)ζ骷姆€(wěn)健性進(jìn)行測(cè)試。計(jì)算額定雪崩電壓有兩種方法；一是統(tǒng)計(jì)法，另一是熱計(jì)算。而熱計(jì)算因?yàn)檩^為實(shí)用而得到廣泛采用。除計(jì)算外，技術(shù)對(duì)雪崩效應(yīng)也有很大影響。例如，晶片尺寸的增加會(huì)提高抗雪崩能力，最終提高器件的穩(wěn)健性。對(duì)最終用戶而言，這意味著要在系統(tǒng)中采用更大的封裝件。

　　第四步：決定開(kāi)關(guān)性能

　　選擇MOSFET的最后一步是決定MOSFET的開(kāi)關(guān)性能。影響開(kāi)關(guān)性能的參數(shù)有很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容。這些電容會(huì)在器件中產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗，因?yàn)樵诿看伍_(kāi)關(guān)時(shí)都要對(duì)它們充電。MOSFET的開(kāi)關(guān)速度因此被降低，器件效率也下降。為計(jì)算開(kāi)關(guān)過(guò)程中器件的總損耗，設(shè)計(jì)人員必須計(jì)算開(kāi)通過(guò)程中的損耗（Eon）和關(guān)閉過(guò)程中的損耗（Eoff）。MOSFET開(kāi)關(guān)的總功率可用如下方程表達(dá)：Psw=（Eon+Eoff）×開(kāi)關(guān)頻率。而柵極電荷（Qgd）對(duì)開(kāi)關(guān)性能的影響最大。

　　基于開(kāi)關(guān)性能的重要性，新的技術(shù)正在不斷開(kāi)發(fā)以解決這個(gè)開(kāi)關(guān)問(wèn)題。芯片尺寸的增加會(huì)加大柵極電荷；而這會(huì)使器件尺寸增大。為了減少開(kāi)關(guān)損耗，新的技術(shù)如溝道厚底氧化已經(jīng)應(yīng)運(yùn)而生，旨在減少柵極電荷。

　　通過(guò)了解MOSFET的類(lèi)型及了解和決定它們的重要性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員就能針對(duì)特定設(shè)計(jì)選擇正確的MOSFET。由于MOSFET是電氣系統(tǒng)中最基本的部件之一，選擇正確的MOSFET對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)是否成功起著關(guān)鍵的作用。
IGBT的正確選擇和使用

　　本文研究了逆變器核心開(kāi)關(guān)器件IGBT主要參數(shù)的選擇， 分析三相逆變電路拓?fù)浼?a class="contentlabel" href="http://www.2s4d.com/news/listbylabel/label/功率器件">功率器件IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)，根據(jù)其特點(diǎn)選擇合適額定電壓，額定電流和開(kāi)關(guān)參數(shù)。以及優(yōu)化設(shè)計(jì)柵電壓，克服Miller效應(yīng)的影響，確保在IGBT應(yīng)用過(guò)程中的可靠性。

　　0 前言

　　伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和低碳經(jīng)濟(jì)的要求，逆變器在各行各業(yè)中應(yīng)用飛速發(fā)展，而IGBT是目前逆變器中使用的主流開(kāi)關(guān)器件，也在逆變結(jié)構(gòu)中起核心作用。采用IGBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率，改善用電質(zhì)量。新型IGBT逆變技術(shù)是推動(dòng)我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的突破口，同時(shí)緩解能源，資源和環(huán)境等方面的壓力，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，促進(jìn)信息化帶動(dòng)工業(yè)化， 提高國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全性，起著重要作用，因此，IGBT在逆變器中的正確選擇與使用，有著舉足輕重的作用。逆變技術(shù)對(duì)IGBT的參數(shù)要求并不是一成不變的，逆變技術(shù)已從硬開(kāi)關(guān)技術(shù)，移相軟開(kāi)關(guān)技術(shù)發(fā)展到雙零軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，各個(gè)技術(shù)之間存在相輔相成的紐帶關(guān)系， 同時(shí)具有各自的應(yīng)用電路要求特點(diǎn)，因而，對(duì)開(kāi)關(guān)器件的IGBT的要求各不相同。而IGBT正確選擇與使用尤為重要。

　　1 IGBT額定電壓的選擇

　　三相380V輸入電壓經(jīng)過(guò)整流和濾波后，直流母線電壓的最大值：

　　在開(kāi)關(guān)工作的條件下，fGBT的額定電壓一般要求高于直流母線電壓的兩倍，根據(jù)IGBT規(guī)格的電壓等級(jí)，選擇1 200V電壓等級(jí)的IGBT。

　　2 IGBT額定電流的選擇

　　以30kW變頻器為例，負(fù)載電流約為79A，由于負(fù)載電氣啟動(dòng)或加速時(shí)，電流過(guò)載，一般要求1分鐘的時(shí)間內(nèi)，承受1.5倍的過(guò)流，擇最大負(fù)載電流約為119A ，建議選擇150A電流等級(jí)的IGBT。

　　3 IGBT開(kāi)關(guān)參數(shù)的選擇

　　變頻器的開(kāi)關(guān)頻率一般小于10 kH Z，而在實(shí)際工作的過(guò)程中，fGBT的通態(tài)損耗所占比重比較大，建議選擇低通態(tài)型IGBT，以30 kW ，逆變頻率小于10kH z的變頻器為例，選擇IGBT的開(kāi)關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

　　4 影響IGBT可靠性因素

　　1）柵電壓。

　　IGBT工作時(shí)，必須有正向柵電壓，常用的柵驅(qū)動(dòng)電壓值為15～187，最高用到20V， 而棚電壓與柵極電阻Rg有很大關(guān)系，在設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路時(shí)， 參考IGBT Datasheet中的額定Rg值，設(shè)計(jì)合適驅(qū)動(dòng)參數(shù)，保證合理正向柵電壓。因?yàn)镮GBT的工作狀態(tài)與正向棚電壓有很大關(guān)系，正向柵電壓越高，開(kāi)通損耗越小，正向壓降也咯小。

　　在橋式電路和大功率應(yīng)用情況下，為了避免干擾，在IGBT關(guān)斷時(shí)，柵極加負(fù)電壓，一般在-5- 15V，保證IGBT的關(guān)斷，避免Miller效應(yīng)影響。

　　2）Miller效應(yīng)。

　　為了降低Miller效應(yīng)的影響，在IGBT柵驅(qū)動(dòng)電路中采用改進(jìn)措施：（1）開(kāi)通和關(guān)斷采用不同柵電阻Rg，on和Rg，off，確保IGBT的有效開(kāi)通和關(guān)斷；（2）柵源間加電容c，對(duì)Miller效應(yīng)產(chǎn)生的電壓進(jìn)行能量泄放；（3）關(guān)斷時(shí)加負(fù)柵壓。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，采用三者合理組合，對(duì)改進(jìn)Mille r效應(yīng)的效果更佳。

結(jié)論

　?。?）IGBT是逆變器主要使用的主要功率開(kāi)關(guān)器件，也是逆變器中主要工作器件，合理選擇IGBT是保證IGBT可靠工作的前提，同時(shí)，要根據(jù)三相逆變電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇低通態(tài)型IGBT為佳。
主要參數(shù)如下

　　Vce

　　ICM

　　ILM

　　IC @ TC = 25°C

　　IC @ TC = 100°C

　　IF @ TC = 25°C

　　IF @ TC = 100°C

　　IFM（Diode Max Forward Current）

　　VGE

　　以上參數(shù)主要決定了所選擇管子的規(guī)格。其中耐壓、耐流和耐最大沖擊電流能力都需要特別關(guān)注，特別是電源中有開(kāi)機(jī)的inrush current一般會(huì)很大，需要較大的ICM.驅(qū)動(dòng)電壓多少我不用多說(shuō)了，一定溫度下電流通流能力是做一個(gè)很重要的參數(shù)，直接關(guān)系到你做halt試驗(yàn)結(jié)果。

　　PD @ TC = 25°C

　　PD @ TC = 100°C

　　Rθjc（ IGBT）

　　Rθjc（Diode）

　　Rθcs（Case-to-Sink.。.）

　　Rθja（Junction-to-Ambient.。.）

　　以上直接決定擬所選擇管子的熱設(shè)計(jì)，知道以上參數(shù)可以推算出junction的溫度，也就是溫度最高點(diǎn)的溫度

　　VCE（on）

　　VFM

　　Diode Forward Voltage Drop

　　Eon

　　Eoff

　　Etot

　　Eon

　　Eoff

　　Etot

　　Td（on）

　　Tr

　　Td（off）

　　Tf

　　Trr

　　Irr

　　以上參數(shù)直接關(guān)系到你計(jì)算管子的損耗計(jì)算，是前期研發(fā)的重要參數(shù)，直接關(guān)系到你估計(jì)的損耗，接合熱阻等概念，直接可以大概估計(jì)你所選擇管子的熱設(shè)計(jì)如何選擇。

　　最后當(dāng)然還有個(gè)重要的參數(shù)就是價(jià)格了。

　　以上我列出了的igbt 和mosfet的項(xiàng)目中帶有體內(nèi)二極管，如果沒(méi)有體內(nèi)二極管的管子，你當(dāng)然應(yīng)知道該如何處理

　?。?）根據(jù)IGBT的棚特性。合理設(shè)計(jì)柵驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)， 保證IGBT有效的開(kāi)通和關(guān)斷， 降低Miller效應(yīng)的影響。