IGBT模塊使用及其注意事項的探討

【摘 要】電力電子器件是電力電子電路的基礎，掌握各種常用電力電子器件的特性和正確使用方法是我們學好電力電子技術的基礎。新型電力電子器件又以IGBT的發展和應用最為廣泛。本文主要探討IGBT的特性及其使用注意事項，提出了在選型、使用和保管過程中應該注意的問題。

【關鍵詞】IGBT；MOSFET；靜電；導熱硅脂

IGBT自1986年開始投入市場，就迅速擴展了其應用領域，目前已經取代了原來GTR和一部分電力MOSFET的市場，成為中小功率電力電子設備的主導器件，并在繼續努力提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位，成為近年來電力電子領域中尤為矚目的電力電子驅動器件，并且得到越來越廣泛的應用。

1 IGBT模塊簡介

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），也稱為“絕緣柵雙極晶體管”，是一種復合了功率場效應管和電力晶體管的優點而產生的一種新型復合器件，它既具有MOSFET的開關速度快，工作頻率高，輸入阻抗高，熱穩定性好和驅動電路簡單的優點，又具有雙極晶體管的飽和壓降低，耐壓高和承受電流大的優點。其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內，在較高頻率的大、中功率應用中占據了主導地位。

2 IGBT的選型

用于110V至220V整流總線應用的IGBT的額定電壓為600V，用于三相380V至440V整流總線應用的IGBT的額定電壓為1200V。使用中當IGBT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，使元件發熱加劇，因此選用IGBT模塊時其額定電流應該大于負載電流。特別是用作高頻開關時，由于開關損耗增大，發熱加劇，選用時應該降等使用。一般來說，要將集電極電流的最大值控制在直流額定電流以下使用，從經濟角度這是值得推薦的。此外，為滿足實際電路中的要求，IGBT往往與反并聯的快速二極管封裝在一起制成模塊，成為逆導器件，選用時應加以注意。

3 IGBT使用注意事項

3.1 防靜電對策

因靜電而導致IGBT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）操作過程中要佩戴防靜電手環；

（2）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；

（3）IGBT模塊驅動端子上的黑色海綿是防靜電材料，用戶用接插件引線時取下防靜電材料立即插上引線；

（4）在焊接作業時，設備容易引起靜電壓的產生，為了防止靜電的產生，請先將設備處于良好的接地狀態下。

此外，通常采用雙絞線來傳送驅動信號來減小寄生電感，以及在柵極連線中串聯小電阻來抑制振蕩電壓的方法避免IGBT失效。

3.2 散熱設計

在IGBT模塊所允許的最高結溫（Tj）下，必須要做散熱設計。為了進行散熱設計，首先要計算出器件產生的損耗，該損耗使結溫升至允許值以下來選擇散熱片。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，為了減小接觸熱阻，在散熱器與IGBT模塊間涂抹導熱硅脂。一般在散熱片底部安裝有散熱風扇，散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度開關，當溫度過高時將報警或停止IGBT模塊工作。

3.3 IGBT導熱硅脂涂敷

導熱硅脂目前被廣泛使用在散熱器上的IGBT安裝面上，其目的在于填補IGBT安裝面與散熱器之間的間隙，達到更均勻、更有效地散熱效果，避免器件溫度過高而損壞。為保證導熱硅脂均勻的分布在IGBT上，其涂敷工藝至關重要。

散熱片與IGBT之間傳熱主要通過傳導途徑，通過散熱片與IGBT之間的直接接觸實現。導熱硅脂的意義在于填充二者之間的空隙接觸處更加完全。如果導熱硅脂使用過量，在IGBT和散熱片之間形成一個硅脂層，在此情況下硅脂成了阻礙傳熱的因素。因此涂硅脂一定要適量，在IGBT上涂上薄薄一層就可以了。

目前，導熱硅脂的涂敷工藝主要有兩種，滾筒印刷和篩網板印刷。篩網板印刷涂敷后的導熱硅脂分布均勻，能提高IGBT的散熱性，更好的控制IGBT上導熱硅脂的厚度和均勻度，從而進一步提高IGBT散熱效果和使用壽命。

3.4 IGBT安裝

IGBT安裝時，將緊固螺栓插入對應螺孔，先用手均勻旋入深度為總深度的一半左右，然后再用扭矩扳手進行緊固，完成緊固后做緊固標記。IGBT安裝過程應全程佩戴防靜電手環，IGBT的緊固力矩如未作特殊說明，應嚴格遵照工藝文件所引用的螺栓緊固扭矩標準來執行。

3.5 IGBT保管

（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℃，常濕的規定為45%～75%。在冬天特別干燥的地區，需要加濕機加濕；

（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）IGBT模塊在未投入生產時不要裸露放置，防止端子氧化情況的發生。

3.6 IGBT搬運

（1）請不要受下墜沖擊；

（2）用包裝箱運輸大量器件時，請勿擦傷接觸電極面，部件間應填充軟性材料。

4 結束語

IGBT憑借其完善的功能特色，成為當代電力電子領域的新寵兒，必將成為未來一段時間內電力電子領域的核心驅動電子器件。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有是十分必要的。

【參考文獻】

[1]徐德鴻.現代電力電子器件原理與應用技術[M].機械工業出版社，2008.

[2]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].機械工業出版社，2000.

[責任編輯：曹明明]