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IGBT晶閘管模塊受溫度的影響產生的變化
相信搞驅動的朋友一定對IGBT器件不陌生，IGBT為絕緣柵型晶體管，綜合了GTR（電力晶體管）和MOSFET（電力場效應晶體管）的優點，是常用的典型全控型電力電子器件，常用在變頻器的整流和逆變單元中。下面我們來看看溫度對它的影響。
溫度的影響
下圖1是IGBT模塊的內部設計和在周期性交變電流負載時IGBT芯片、基板和散熱片的溫度特性曲線。
圖1 IGBT在周期性交變電流負載時的溫度特性
igbt.jpg
根據圖1，溫度對IGBT模塊的影響如下：
淺談溫度對IGBT的影響
①由于IGBT的機械設計使用了幾層不同的材料，在產生熱損的IGBT芯片和基板之間有相對較高的熱阻，該熱量通過IGBT基板傳送到功率模塊上的散熱器中被吸收。因此，在周期性交變電流負載時在IGBT芯片中有很大的溫度的波動，而基板和散熱器的溫度卻相對恒定。在一定運行條件下可能會有很高的溫度波動ΔTChip，以至于IGBT模塊承受很高的熱應力，進而大大縮短使用壽命。
②在實際的運行中，帶有IGBT的變頻器運行于低頻高輸出電流時（典型的周期性交變電流負載），低頻運行時，當輸出電流處于正半周，則很長的一段時間內輸出電流只流過連接DC正母線的IGBT，所以該IGBT的芯片溫度持續升高，而連接DC負母線的IGBT芯片則被冷卻。但在輸出電流的負半周時，情況則相反。在這種運行條件下，即使輸出電流的有效值保持不變，隨著輸出頻率變化，電流負載在IGBT芯片上的交替變化，也造成了很高的芯片溫度TChip和很高的溫度波動ΔTChip。所以，IGBT允許的溫度周期的數量是有限的，與溫度波動ΔTChip的升高成比例地減少。因此，IGBT的壽命也隨著溫度波動ΔTChip的升高而減小。
專家的建議
保證IGBT模塊的正確運行，首先要避免由于過高的芯片溫度TChip造成IGBT的瞬時致命損壞，還要避免由于過高的溫度波動ΔTChip縮短IGBT壽命，具體需求條件為以下兩點：
·IGBT的絕對芯片溫度TChip必須不能超過允許的最大極限值。在任何運行條件下都必須滿足這個條件，以保護IGBT芯片不會因為溫度過高而造成瞬時致命損壞。在SINAMICS變頻器中，溫度監視模型在IGBT達到允許極限溫度時會觸發一個過載反應，可以可靠的避免由于過高的芯片溫度造成的損壞，但是在配置階段必須采取措施保證在正常的運行模式下驅動不會觸發該保護機制。
·IGBT的溫度波動ΔTChip必須不能超過所允許的極限值，或者只占整個運行時間很小的一部分。為防止嚴重縮短IGBT的使用壽命，必須滿足此條件。溫度模型不能監視溫度的波動，所以在配置階段必須采取措施來保證IGBT的溫度波動不超過IGBT所允許的溫度波動范圍，或者只占整個運行時間的很少一部分（<2%），即短時間內超過所允許的極限值，例如在驅動啟動或制動時，如果這些運行條件小于整個變頻器運行時間的2%，是可以接受的。
信息來源：西門子中國
推薦部分產品訂貨號：
溫度的影響
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根據圖1，溫度對IGBT模塊的影響如下：
淺談溫度對IGBT的影響
①由于IGBT的機械設計使用了幾層不同的材料，在產生熱損的IGBT芯片和基板之間有相對較高的熱阻，該熱量通過IGBT基板傳送到功率模塊上的散熱器中被吸收。因此，在周期性交變電流負載時在IGBT芯片中有很大的溫度的波動，而基板和散熱器的溫度卻相對恒定。在一定運行條件下可能會有很高的溫度波動ΔTChip，以至于IGBT模塊承受很高的熱應力，進而大大縮短使用壽命。
②在實際的運行中，帶有IGBT的變頻器運行于低頻高輸出電流時（典型的周期性交變電流負載），低頻運行時，當輸出電流處于正半周，則很長的一段時間內輸出電流只流過連接DC正母線的IGBT，所以該IGBT的芯片溫度持續升高，而連接DC負母線的IGBT芯片則被冷卻。但在輸出電流的負半周時，情況則相反。在這種運行條件下，即使輸出電流的有效值保持不變，隨著輸出頻率變化，電流負載在IGBT芯片上的交替變化，也造成了很高的芯片溫度TChip和很高的溫度波動ΔTChip。所以，IGBT允許的溫度周期的數量是有限的，與溫度波動ΔTChip的升高成比例地減少。因此，IGBT的壽命也隨著溫度波動ΔTChip的升高而減小。
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保證IGBT模塊的正確運行，首先要避免由于過高的芯片溫度TChip造成IGBT的瞬時致命損壞，還要避免由于過高的溫度波動ΔTChip縮短IGBT壽命，具體需求條件為以下兩點：
·IGBT的絕對芯片溫度TChip必須不能超過允許的最大極限值。在任何運行條件下都必須滿足這個條件，以保護IGBT芯片不會因為溫度過高而造成瞬時致命損壞。在SINAMICS變頻器中，溫度監視模型在IGBT達到允許極限溫度時會觸發一個過載反應，可以可靠的避免由于過高的芯片溫度造成的損壞，但是在配置階段必須采取措施保證在正常的運行模式下驅動不會觸發該保護機制。
·IGBT的溫度波動ΔTChip必須不能超過所允許的極限值，或者只占整個運行時間很小的一部分。為防止嚴重縮短IGBT的使用壽命，必須滿足此條件。溫度模型不能監視溫度的波動，所以在配置階段必須采取措施來保證IGBT的溫度波動不超過IGBT所允許的溫度波動范圍，或者只占整個運行時間的很少一部分（<2%），即短時間內超過所允許的極限值，例如在驅動啟動或制動時，如果這些運行條件小于整個變頻器運行時間的2%，是可以接受的。
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