IGBT模块的尔应用手册(图文版)

ConfidentialHowtouseIGBTmodule三菱电机菱电机功率半导体2012ConfidentialConfidential欢迎访问三菱电机的网站欢迎访问三菱电机的网站数据手册应用手册应用手册可靠性方面的说明2ConfidentialConfidential11．．IGBTIGBT模块的一些基本知识模块的一些基本知识11．．IGBTIGBT模块的些基本知识模块的些基本知识22．．怎样读数据手册怎样读数据手册33．．IGBTIGBT的驱动电路的驱动电路44电压尖峰吸收电压尖峰吸收回路回路44．．电压尖峰吸收电压尖峰吸收回路回路55．．短路短路66．．IGBTIGBT模块的可靠性和实效分析模块的可靠性和实效分析仿真软件仿真软件ll的使用方法的使用方法77．．仿真软件仿真软件MelcosimMelcosim的使用方法的使用方法88．．一些注意事项一些注意事项88．．些注意事项些注意事项3ConfidentialConfidential１．IGBT模块的基本知识4ConfidentialConfidential功率器件的应用100MTractionUPSGCT/GTOThyristorGCT/GTOThyristorIndustryHeavyIndustry&Traction●ElectricPower●Ironmill●ElectricrailwayHVIGBTHVDiHV-IPMElti●UPS1M10Macity(VA)MotorControlHVIGBTHVDiHV-IPMThyristorThyristorElectricpowerWelderIronmillPowersupplyforMotorcontrolRobotWelder10K100KCapaHV,DCRobotWeldingmachineThyristerThyristerASIPMDIP-IPMIPMIGBTModuleASIPMDIP-IPMIPMIGBTModuleTransisterModuleTransisterModuleIGBTppyChemicaluseElectricovenElectricfanWashingmachineAirconditionerRefrigeratorWashingmachineInverterAutomotive1001KIndustrialHCarSwitchingpowersupplyTiTiIGBTIGBTMOSFETStrobeRicecookerElectricoven10010100HomeApplianceTriacTriacIGBTMOSFETSMPSVTR/Audio1M100K10K1KForecastMicro-waveovenAirconditionerGeneralpurposeinverterWashingmachineMicro-waveovenPowersupplyforaudio,VTRHome5NowElectromagnetismcookerRefrigeratorApplicationConfidentialIGBT的基本结构GatebiasCarriersthatformelectriccurrentflowarecomposedofelectronsandholes=createsconductivitymodulationandprovidesaneasiercurrentflow+GateSiO2layerEmitterＥＥEmitterＥEmitterＧｐｎｎＧGateｐChannelChannelＧＣGateｎｐＣCollectorＣCollectorｐCollectorElectHolesｐtrons6Confidential三菱特有的CSTBT技术7ConfidentialConfidential三菱IGBT芯片技术的发展E（Emitter）Highhfe’80’85’90’95’00’05’08’11MilestonesofImprovingDeviceStructureE（Emitter）HighhfeBipolarTr1stGen2ndGen3rdGen4thGen5thGen6thGen7thGen4thGenTrenchIGBT1um/PT5thGenCSTBT0.8um/LPT6thGenCSTBT0.4um/LPT77ththGenCSTBTGenCSTBT(underdevelopment)npGECSlayernpGEOptimizingcell(MOSgate,waferthickness,surfaceflatness)nlayernpGECSTBT(AddingcarrierstoringCSlayer,Thifdin-layer(Epi)n+bufferlayer(Epi)(Microfabrication,planarelectrode,hihiCn-layer(noEpi)n+bufferlayerp+Cyp+Csurfaceflatness)n-layerp+CThinwaferdesign,Backsideprocessing)Implementingy(p)n-layer(noEpi)n+bufferlayer3HigherperformancehighenergyionImplantation)pgtrench-gate3rdGenPlanarIGBT3um/PTEoff3Improvement4thGenTrenchIGBT3rdGenPlanarIGBTgpbynewdesign･NewCell/Gatestructure･BacksideprocessFinercellpitchn+bufferlayer(Epi)n-layer(Epi)5thGenCSTBT6thGenCSTBT7thGenCSTBTV･Finercellpitch･ThinnerwaferVCE(sat)8Confidential功率模块的基本结构SiliconeGelPowerchipAli功率模块的基本结构SiliconeGelFillingmaterialforprotectioniPowerchipIGBT,Diode,etc.CaseAlwireThick,e.g.300umThermalGreaseDBCCeramicplateForhighvoltagegalvanicisolationPlasticresintypematerial.InsertedwithelectrodesThermalGreaseexternalmaterialaddedforeffectivesurfacecontactwithheat-sinkBaseplateThickmetal,usuallycopperForhighvoltagegalvanicisolationHeatsinkHeat-sinkExternallyaddedforheatdissipation9ConfidentialIGBT模块内部电路结构IGBT模块内部电路结构Ｈ:SingleＴ:6packＤ:DualＲ:7pack10ConfidentialConfidential2．怎样读数据手册2．怎样读数据手册11Confidential怎样读数据手册绝对最大规格值怎样读数据手册绝对最大规格值使用条件不能超越这个限制电气特性表重点电气特性表表述模块的各种电气特性＜重点＞・外形・尺寸・主端子/固定螺丝孔的尺寸・主端子/固定螺丝孔的的位置特性曲线12ConfidentialIGBT结温和壳温的定义IGBT结温和壳温的定义ItcanknowmorecorrectTj.jTj=TC+Pw(IGBT/FWDi)×Rth(j-c)TjonthedatasheetCubaseSichipTjTc(justunderthechip)TjgreaseTc←Rth(j-c)※Rth(j-c)isonthedatasheet←Rth(c-f)finTf()←Rth(f-a)TCTaTf(justunderthechip)Tf(sideofmodule)(sideofmodule)IGBT芯片正下方的壳温为Tc13Confidential最大规格这个温度表示规格电流连续流过模块时，允许的最大壳温。（此时结温必须小于上最大规格限150℃）TC=150℃－IC×VCEsat@150℃×Rth(j-c)Q最大允许损耗(()最大允许损耗PC=(150℃－TC）÷Rth(j-c)Q=(150℃－25℃)÷Rth(j-c)Q14Confidential模块的通电能力模块的电流限制不但取决于模块本身的最大电流规格值，也受到硅片最高结温的限制。即使规格一样的模块通电能力也是不一样的。ConditionCondition：：15ConditionCondition：：VVCCCC=600V,V=600V,VGEGE==±±15V,15V,TjTj=150=150℃℃,3phasesinusoidal,,3phasesinusoidal,fofo=50Hz,P.F=0.8,ModulationRatio=1.0=50Hz,P.F=0.8,ModulationRatio=1.0Confidential最大规格最大规格利用NTC的电阻值R来计算模块内部NTC温度的方法：T=1/((1/298)-((ln(5000)-ln(R))/3375))-273T1/((1/298)((ln(5000)ln(R))/3375))273注意这里定义了对于一个IGBT芯片和续流二级管的热阻值。＊1.Tc，Tf的测试点必须在芯片正下方。＊2.Rth(c-s)是在使用熱伝導率0.9[W/(m/K)]的导热硅脂的前提下的数值。这个模块与散热器之间的热阻值。16Confidential最大规格最大规格这里表述了IGBT的推荐使用条件利用芯片的中心点坐标可以准确的找到芯片正下方的位置。17Confidential在模块底板上测量壳温的电偶makeaholeofØ0.8mmunderIGBTChipandintwosidesBottomviewInstallationpointMorethan2mmxTrench:W:1.5-2mmD:1mmSideviewBfhi1mmBeforepunchingForcingpointForcingpointFilledwithIndiumforholdingandprotectingthewirefromdamage.1mm0.8mm1.5~2.0mmAfthiThermocouplesunderIGBTAfterpunchingTipofTCFig.Punching18Confidential電気特性的测试条件这里表述了各种参数的测试条件19Confidential模块的损耗在一次开关中即包含静态的损耗，有包含动开关损耗。20Confidential特性曲线（DC损耗）IGBT饱和压降特性・对于IGBT是极为重要的特性特性二级管导通压降・表示当二级管里流过正向电流时的导通压降・对于IGBT是极为重要的特性。・VCEsat是作为在门极印加一定的电压后，CE之间的电压。・VCEsat越低表示IGBT的静态损耗越小。・表示当二级管里流过正向电流时的导通压降。・VEC越小表示二级管的静态损耗越小。21Confidential特性曲线（IGBT的动态损耗）特性曲线（IGBT的动态损耗）开关损耗:EswvsIc/IE开关损耗:EswvsRG这里表示的是一次开关时产生的损耗，来算模块作时的耗可以用来计算模块工作时的损耗。22ConfidentialConfidential怎样计算非标准条件下的损耗如果使用的母线电压V和门极电阻与数据手册中的不同怎样计算非标准条件下的损耗如果使用的母线电压VCC和门极电阻与数据手册中的不同就需要进行补正就需要进行补正・可以用定