igbt模块实物接线图分析 - 全文

　　IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上；IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见。

　　IGBT模块连接图

　　IGBT模块的安装：

　　为了使接触热阻变小，推荐在散热器与IGBT模块的安装面之间涂敷散热绝缘混合剂。涂敷散热绝缘混合剂时，在散热器或IGBT模块的金属基板面上涂敷。如图1所示。随着IGBT模块与散热器通过螺钉夹紧，散热绝缘混合剂就散开，使IGBT模块与散热器均一接触。

　　上图：两点安装型模块 下图：一点安装型模块

　　图1 散热绝缘混合剂的涂敷方法

　　涂敷同等厚度的导热膏（特别是涂敷厚度较厚的情况下）可使无铜底板的模块比有铜底板散热的模块的发热更严重，最终引至模块的结温超出模块的安全工作的结温上限（Tj《 125℃或125℃）。因为散热器表面不平 整所引起的导热膏的厚度增加，会增大接触热阻，从而减慢热量的扩散速度。

　　IGBT模块安装时，螺钉的夹紧方法如图2所示。另外，螺钉应以推荐的夹紧力矩范围予以夹紧。如果该力矩不足，可能使接触热阻变大，或在工作中产生松动。反之，如果力矩过大，可能引起外壳破坏。将IGBT模块安装在由挤压模制作的散热器上时，IGBT模块的安装与散热器挤压方向平行，这是为了减小散热器变形的影响。

　　图2 螺钉的夹紧方法

　　把模块焊接到PCB时，应注意焊接时间要短。注意波形焊接机的溶剂干燥剂的用量，不要使用过量的溶剂。模块不能冲洗。用网版印刷技术在散热器表面印刷50μm的散热复合用螺钉把模块和PCB安装在散热器上。在未上螺钉之前，轻微移动模块可以更好地分布散热膏。安装螺钉时先用合适的力度固定两个螺钉，然后用推荐的力度旋紧螺钉。

　　在IGBT模块的端子上，将栅极驱动电路和控制 电路锡焊时，一旦焊锡温度过高，可能发生外壳树脂材料熔化等不良情况。一般性产品的端子耐热性试验条件：焊锡温度： 260±5℃。焊接时间： 10±1s。次数：1次。

　　IGBT模块安装中应注意的事项：

　　1）要在无电源时进行安装，装卸时应采用接地工作台，接地地面，接地腕带等防静电措施。先让人体和衣服上所带的静电通过高电阻（1Ωn左右）接地线放电后，再在接地的导电性垫板上进行操作。要拿封装主体，不要直接触碰端子（特别是控制端子）部。不要做让模块 电极的端子承受过大应力。

　　2）IGBT模块的散热器应根据使用条件和环境及IGBT模块参数进行匹配选择，以保证GBT模块工作时对散热器的要求。为了减少接触热阻，推荐在散热器与IGBT模块之间涂上一层很薄的导热硅脂。

　　3）IGBT模块安装到散热片上时，要先在模块的反面涂上散热绝缘混合剂（导热膏），再用推荐的夹紧力距充分旋紧。另外，散热片上安装螺丝的位置之间的平坦度应控制在100μm以下，表面粗糙度应控制在10μm以下。散热器表面如有凹陷，会导致接触热阻（Rth（c—f）的增加。另外，散热器表面的平面度在上述范围以外时，IGBT模块安装时（夹紧时）会给IGBT模块内部的芯片与位于金属基板间的绝缘基板增加应力，有可能产生绝缘破坏。

　　4）IGBT模块底板为铜板的模块，在散热器与IGBT模块均匀受力后，从IGBT模块边缘可看出有少许导热硅脂挤出为最佳。IGBT模块底板为DBC基板的模块，散热器表面必须平整、光洁，采用丝网印刷或圆滚滚动的方法涂敷一薄层导热硅脂后，使两者均匀压接。

　　IGBT模块直接固定在散热器上时，每个螺钉需按说明书中给出的力矩旋紧，螺钉一定要受力均匀，力矩不足导致热阻增加或运动中出现螺钉松动。两点安装紧固螺丝时，第一个和第二个依次紧固额定力矩的1/3，然后反复多次使其达到额定力矩，四点安装和两点安装类似。紧固螺丝时，依次对角紧固1/3额定力矩，然后反复多次使其达到额定力矩。

　　5）散热器表面要平整清洁，要求平面度≤150μm，表面光洁度≤ 6μm，在界面要涂传热导电膏，涂层要均匀，厚度约150μm。

　　6）使用带纹路的散热器时，IGBT模块长的方向顺着散热器的纹路，以减少散热器的变形。两只模块在一个散热器上安装时，短的方向并排摆放，中间留出足够的距离，主要是使风机散热时减少热量叠加，容易散热，最大限度发挥散热器的效率。

　　GA系列IGBT单开关型模块的内部接线图

　　IGBT驱动电路

　　下图为M57962L驱动器的内部结构框图，采用光耦实现电气隔离，光耦是快速型的，适合高频开关运行，光耦的原边已串联限流电阻（约185 Ω），可将5 V的电压直接加到输入侧。它采用双电源驱动结构，内部集成有2 500 V高隔离电压的光耦合器和过电流保护电路、过电流保护输出信号端子和与TTL电平相兼容的输入接口，驱动电信号延迟最大为1.5us。

　　当单独用M57962L来驱动IGBT时。有三点是应该考虑的。首先。驱动器的最大电流变化率应设置在最小的RG电阻的限制范围内，因为对许多IGBT来讲，使用的RG 偏大时，会增大td（on ）（导通延迟时间），t d（off）（截止延迟时间），tr（上升时间）和开关损耗，在高频应用（超过5 kHz）时，这种损耗应尽量避免。另外。驱动器本身的损耗也必须考虑。

　　如果驱动器本身损耗过大，会引起驱动器过热，致使其损坏。最后，当M57962L被用在驱动大容量的IGBT时，它的慢关断将会增大损耗。引起这种现象的原因是通过IGBT的Gres（反向传输电容）流到M57962L栅极的电流不能被驱动器吸收。它的阻抗不是足够低，这种慢关断时间将变得更慢和要求更大的缓冲电容器应用M57962L设计的驱动电路如下图。

　　电路说明：电源去耦电容C2 ～C7采用铝电解电容器，容量为100 uF／50 V，R1阻值取1 kΩ，R2阻值取1.5kΩ，R3取5.1 kΩ，电源采用正负l5 V电源模块分别接到M57962L的4脚与6脚，逻辑控制信号IN经l3脚输入驱动器M57962L。双向稳压管Z1选择为9.1 V，Z2为18V，Z3为30 V，防止IGBT的栅极、发射极击穿而损坏驱动电路，二极管采用快恢复的FR107管。

　　IGBT模块接线注意事项：

　　1）栅极与任何导电区要绝缘，以免产生静电而击穿，IGBT在包装时将G极和E极之问有导电泡沫塑料，将它短接。装配时切不可用手指直接接触G极，直到 G极管脚进行永久性连接后，方可将G极和E极之间的短接线拆除。

　　2）在大功率的逆变器中，不仅上桥臂的开关管要采用各自独立的隔离电源，下桥臂的开关管也要采用各自独立的隔离电源，以避免回路噪声，各路隔离电源要达到一定的绝缘等级要求。

　　3）在连接IGBT 电极端子时，主端子电极间不能有张力和压力作用，连接线（条）必须满足应用，以免电极端子发热在模块上产生过热。控制信号线和驱动电源线要离远些，尽量垂直，不要平行放置。

　　4）光耦合器输出与IGBT输入之间在PCB上的走线应尽量短，最好不要超过3cm。

　　5）驱动信号隔离要用高共模抑制比（ CMR）的高速光耦合器，要求 tp《0.8μs，CMR》l0kV/μs，如6N137，TCP250 等。

　　6）IGBT模块驱动端子上的黑色套管是防静电导电管，用接插件引线时，取下套管应立即插上引线；或采用焊接引线时先焊接再剪断套管。

　　7）对IGBT端子进行锡焊作业的时候，为了避免由烙铁、烙铁焊台的泄漏产生静电加到IGBT上，烙铁前端等要用十分低的电阻接地。焊接G极时，电烙铁要停电并接地，选用定温电烙铁最合适。当手工焊接时，温度260℃±5℃，时间（10 +1）s。波峰焊接时，PCB要预热80 ~105℃，在245℃时浸入焊接3~4s。

　　8）仪器测量时，应采用1000 电阻与G极串联。在模块的端子部测量驱动电压（ VGE）时，应确认外加了既定的电压。

　　9）IGBT模块是在用lC泡沫等导电性材料对控制端子采取防静电对策的状态下出库的。这种导电性材料在产品进行电路连接后才能去除。

　　10）仅使用FWD而不使用IGBT时（比如在斩波电路等中应用时），不使用的IGBT的G-E间应加-5V以上（推荐-15V、最大- 20V）的反偏压。反偏压不足时，IGBT可能由于FWD反向恢复时的dv/dt引起误触发而损坏。