如何準(zhǔn)確選擇功率器件二

　　選擇MOSFET的下一步是計算系統(tǒng)的散熱要求。設(shè)計人員必須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實情況。建議采用針對最壞情況的計算結(jié)果，因為這個結(jié)果提供更大的安全余量，能確保系統(tǒng)不會失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數(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)計人員已確定將要通過器件的最大電流，因此可以計算出不同溫度下的RDS（ON）。值得注意的是，在處理簡單熱模型時，設(shè)計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立即升溫。

　　雪崩擊穿是指半導(dǎo)體器件上的反向電壓超過最大值，并形成強(qiáng)電場使器件內(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)體公司都會對器件進(jìn)行雪崩測試，計算其雪崩電壓，或?qū)ζ骷姆€(wěn)健性進(jìn)行測試。計算額定雪崩電壓有兩種方法；一是統(tǒng)計法，另一是熱計算。而熱計算因為較為實用而得到廣泛采用。除計算外，技術(shù)對雪崩效應(yīng)也有很大影響。例如，晶片尺寸的增加會提高抗雪崩能力，最終提高器件的穩(wěn)健性。對最終用戶而言，這意味著要在系統(tǒng)中采用更大的封裝件。

　　第四步：決定開關(guān)性能

　　選擇MOSFET的最后一步是決定MOSFET的開關(guān)性能。影響開關(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。這些電容會在器件中產(chǎn)生開關(guān)損耗，因為在每次開關(guān)時都要對它們充電。MOSFET的開關(guān)速度因此被降低，器件效率也下降。為計算開關(guān)過程中器件的總損耗，設(shè)計人員必須計算開通過程中的損耗（Eon）和關(guān)閉過程中的損耗（Eoff）。MOSFET開關(guān)的總功率可用如下方程表達(dá)：Psw=（Eon+Eoff）×開關(guān)頻率。而柵極電荷（Qgd）對開關(guān)性能的影響最大。

　　基于開關(guān)性能的重要性，新的技術(shù)正在不斷開發(fā)以解決這個開關(guān)問題。芯片尺寸的增加會加大柵極電荷；而這會使器件尺寸增大。為了減少開關(guān)損耗，新的技術(shù)如溝道厚底氧化已經(jīng)應(yīng)運而生，旨在減少柵極電荷。

　　通過了解MOSFET的類型及了解和決定它們的重要性能特點，設(shè)計人員就能針對特定設(shè)計選擇正確的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對整個設(shè)計是否成功起著關(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.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/功率器件">功率器件IGBT的應(yīng)用特點，根據(jù)其特點選擇合適額定電壓，額定電流和開關(guān)參數(shù)。以及優(yōu)化設(shè)計柵電壓，克服Miller效應(yīng)的影響，確保在IGBT應(yīng)用過程中的可靠性。

　　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)是推動我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的突破口，同時緩解能源，資源和環(huán)境等方面的壓力，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，促進(jìn)信息化帶動工業(yè)化， 提高國家經(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IGBT的參數(shù)要求并不是一成不變的，逆變技術(shù)已從硬開關(guān)技術(shù)，移相軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展到雙零軟開關(guān)技術(shù)，各個技術(shù)之間存在相輔相成的紐帶關(guān)系， 同時具有各自的應(yīng)用電路要求特點，因而，對開關(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)過整流和濾波后，直流母線電壓的最大值：

　　在開關(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，選擇1 200V電壓等級的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)載電氣啟動或加速時，電流過載，一般要求1分鐘的時間內(nèi)，承受1.5倍的過流，擇最大負(fù)載電流約為119A ，建議選擇150A電流等級的IGBT。

　　3 IGBT開關(guān)參數(shù)的選擇

　　變頻器的開關(guān)頻率一般小于10 kH Z，而在實際工作的過程中，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的開關(guān)參數(shù)見表1。

　　4 影響IGBT可靠性因素

　　1）柵電壓。

　　IGBT工作時，必須有正向柵電壓，常用的柵驅(qū)動電壓值為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IGBT驅(qū)動電路時， 參考IGBT Datasheet中的額定Rg值，設(shè)計合適驅(qū)動參數(shù)，保證合理正向柵電壓。因為IGBT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，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)動電路中采用改進(jìn)措施：（1）開通和關(guān)斷采用不同柵電阻Rg，on和Rg，off，確保IGBT的有效開通和關(guān)斷；（2）柵源間加電容c，對Miller效應(yīng)產(chǎn)生的電壓進(jìn)行能量泄放；（3）關(guān)斷時加負(fù)柵壓。在實際設(shè)計中，采用三者合理組合，對改進(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，要根據(jù)三相逆變電路結(jié)構(gòu)的特點，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，特別是電源中有開機(jī)的inrush current一般會很大，需要較大的ICM.驅(qū)動電壓多少我不用多說了，一定溫度下電流通流能力是做一個很重要的參數(shù)，直接關(guān)系到你做halt試驗結(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，知道以上參數(shù)可以推算出junction的溫度，也就是溫度最高點的溫度

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

　　最后當(dāng)然還有個重要的參數(shù)就是價格了。

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

　　（2）根據(jù)IGBT的棚特性。合理設(shè)計柵驅(qū)動結(jié)構(gòu)， 保證IGBT有效的開通和關(guān)斷， 降低Miller效應(yīng)的影響。