富士IGBT模块应用手册 -3章 应用中的注意事项

Qualityisourmessage3-1第3章应用中的注意事项目录1.IGBT模块的选定.............................................................................................3-22.静电对策与门极保护........................................................................................3-23.保护电路设计...................................................................................................3-34.散热设计..........................................................................................................3-35.驱动电路的设计................................................................................................3-46.并联连接..........................................................................................................3-47.实际安装的注意事项........................................................................................3-58.保管、搬运上的注意事项.................................................................................3-59.其他实际使用中的注意事项..........................................................................3-5本章中将对IGBT模块使用时以及应用到装置时的注意点进行说明。第3章应用中的注意事项3-21IGBT模块的选定使用IGBT模块时，需要考虑适宜选择何种额定电压、额定电流的IGBT模块。本节对各种注意点分项目进行说明。1.1额定电压IGBT模块的额定电压与适用装置的输入电源即商用电源电压有密切的关系。这种关系用表3-1表示，请参考此表，来选择相应的元件。1.2额定电流IGBT模块的集电极电流变大时，VCE（sat）上升，发生的稳态损耗就变大。另外，交换损耗也同时增大从而使元件的发热增加。由于需要将使IGBT、FWD的结温控制在（Tj）≦150℃（从安全角度而言通常控制在125℃以下）使用，因此选定IGBT模块的额定电流非常重要。一旦选错，将导致元件破坏或招致长期性的可靠性降低，这点请充分注意。另外还需要注意的是，在高频交换用途中，随着交换损耗的增大（交换的次数越多，综合的交换损耗也越大），发热也会增大。作为大体标准，一般在装置的最大电流值≦元件的额定电流的情况下使用。另外，表3-2中也列举了IGBT模块的应用实例，请参考。2静电对策与门极保护IGBT模块的VGE保证值一般最大为±20V（保证值在说明书中有记载，请确认）。在IGBT的G-E间外加超过VGES保证值的电压时，IGBT的门极就有损坏的危险。请注意不要在G-E间外加超出保证值的电压。特别注意IGBT的门极对静电等非常敏感，因此请在使用产品时遵守以下所述的注意点。1）使用模块时，先让人体和衣服上所带的静电通过高电阻（1MΩ左右）接地线放电后，再在接地的导电性垫板上进行操作。2）使用IGBT模块时，要拿封装主体，不要直接触碰端子（特别是控制端子）部。3）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的静电外加到IGBT上，烙铁前端等要用十分低的电阻接地。表3-1商用电源电压与IGBT模块的额定电压元件的额定电压（VCES）地区600V1200V1400V1700V日本200V220V400V440V美国208V230V240V246V460V480V575V575V商用电源电压（输入电压ＡＣ）欧洲200V220V230V240V346V350V380V400V415V440V690V第3章应用中的注意事项3-34）IGBT模块是在用IC泡沫材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。另外，在门极-发射极间开放的状态下，集电极-发射极间施加电压时，IGBT有可能受损。这是由于集电极电势的变化，如图3-1所示引起电流（i）流过，门极电势上升，IGBT开通，集电极电流流过，从而使IGBT发热甚至有受损的可能性。产品装入装置中时，在门极电路故障，或者门极电路不能正常工作的状态下（门极开放的状态），主电路上外加电压时，也会由于以上理由使IGBT受损。为了防止这种损坏的发生，推荐在门极-发射极间连接10kΩ(RGE)左右的电阻。3保护电路设计IGBT模块可能由于过电流、过电压这类异常情况而受损，因此，在IGBT模块的运用中,设计能够避免这种异常情况从而保护元件的保护电路显得尤为重要。这些保护电路需要在充分了解元件特性的基础上，配合元件的特性进行设计。保护电路如果不与元件特性相匹配，那么即使安装了保护电路，元件也可能受损（比如说，在施加了过电流保护时阻断时间会很长或者缓冲电路中的电容器电容很小，从而产生尖峰电压等。）这些过电流、过电压的保护方法，将在第5章《保护电路的设计》中详细说明，请参照。4散热设计IGBT模块有既定的可容许最大结温（Tj），需要进行散热设计，使其控制在这个温度以下。进行散热设计时，首先要计算出元件发生的损耗值，以这个损耗值为基础，选择能够控制在容许温度以下的散热片。散热设计不充分将可能导致在实机运转等情况下超出元件的容许温度而损坏元件。关于这一点，第6章《散热设计方法》中将详细记载，请参考。iICC（集电极）G（门极）E（发射极）RGEiICC（集电极）G（门极）E（发射极）RGE图3-1G-E间开放状态下IGBT的运动第3章应用中的注意事项3-4表3-2IGBT模块的应用实例IGBT模块型式电机功率[kW]变频器容量[kVA]N系列S系列U系列1.537MBR30SA0606MBI20UE-0602.247MBR30SA0606MBI30UE-0603.767MBR50SA0606MBI50UF-0605.597MBI75N-0607MBR75SB0606MBI75U2A-0607.5137MBI100N-0607MBR100SB0606MBI100U2A-060111715222MBI150N-0602MBI150U2A-06018.52822332MBI200N-0602MBI200U2A-06030442MBI300N-0602MBI300S-0602MBI300U2B-0603755220VAC输入时45672MBI400U2B-0600.7521.537MBR10SA1206MBI10UF-1202.247MBR15SA1206MBI15UF-1203.767MBR25SA1206MBI25UF-1205.597.5137MBI50N-1207MBR50SB1206MBI50UA-120111715222MBI75N-1206MBI75S-1206MBI75UB-12018.52822332MBI100N-1206MBI100S-1206MBI100UB-12030442MBI150N-1202MBI150S-1206MBI150UB-120375545672MBI200N-1202MBI200S-1206MBI225U-120440VAC输入时55842MBI300N-1202MBI300S-1206MBI300U-1205驱动电路的设计驱动电路的设计决定着能否充分地发挥元件的性能，这样说并不言过其实。此外，保护电路的设计也有着密切的关系。驱动电路由促使元件开通的正偏压电路和稳定地保持元件处于关断状态、同时加快关断速度的反偏压电路组成，根据各种不同条件的设定，元件的特性也发生变化。另外，驱动电路的接线方法不同也会出现元件的误动作问题。因此，设计最适当的驱动电路非常重要。包括注意点在内的详细内容已在第7章《驱动电路的设计方法》中说明，请参考。6并联连接当IGBT模块用于控制大容量变频等大电流时，有时将元件并联使用。元件并联使用时，重要的是在设计时要使并联连接的元件中通过等量电流。一旦电流失去平衡，有可能由于电流集中流过单个元件而损坏元件。由于并联连接时的电流平衡随元件的特性和排线方法不同而变化，比如说有必要配合元件的VCE（sat），将主电路的排线做均等化的管理和设计。关于这一点，第8章《并联连接方法》中记载了详细的注意点，请参考。第3章应用中的注意事项3-57实际安装的注意事项在IGBT模块实际安装时，下述几点需要特别注意：1)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，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请控制在100mm上为100μm以下，表面粗糙度请控制在10μm以下。错误的安装将破坏绝缘，甚至有可能引起重大事故。2)不要做让模块电极的端子承受过大应力的排线。最坏的情况可能会引起模块内部锡焊的电气配线断线等问题。在第4章中有详细说明，请参考。8保管、搬运上的注意事项8.1保管1)半导体电子设备的保管存放场所以温度为5～35℃，湿度为45～75%最为适宜。特别是成形型的功率晶体管，如果处于非常干燥的区域中，需要用加湿器加湿。再者，如果使用自来水，则由于自来水中所含的氯元素会使电子设备的导线生锈，因此请注意使用纯水或开水。2)避开产生腐蚀性气体的场所和尘埃多的场所。3)在温度急剧变化的场所，半导体电子设备的表面容易结露，因此请避开这类场所，将其保管在温度变化小的地方。4)保管时，请不要在半导体电子设备上施加外力或负荷。特别是在叠放时会不经意中施加负荷。另外，重物请不要放在半导体电子设备上。5)半导体电子设备的外部端子请在未经加工的状态下保管。将端子加工后保存，产品实际安装时可能产生锈蚀等造成锡焊不良。6)临时放置半导体电子设备时，请选择不易产生静电的容器。8.2搬运1)产品搬运时请不要受到冲击或使其跌落。2)多个半导体电子设备装箱搬运时，为了不使接触电极面等碰伤，请在模块间用柔软的衬垫互相间隔。9其他实际使用中的注意事项1)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间请加-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。2)请在模块的端子部测定驱动电压（VGE），并确认外加了既定的电压（如果在驱动电路端测定，则该驱动电压为不受驱动电路终端所使用的晶体管等电压下降的影响的电压，IGBT上即使未外加既定电压，它的不良情况也可能不被察觉，因而可能导致元件损坏）。第3章应用中的注意事项3-63)请通过产品的端子部位测定开通、关断时的脉冲电压等。4)使用时，请避开产生腐蚀性气体的场所。5)请在产品的绝对最大额定值（电压、电流、温度等）范围内使用。一旦超出绝对最大额定值，可能损坏产品。特别是外加超出VCES的电压时，可能发生雪崩击穿现象从而使元件损坏。因此，请务必在VCE的绝对额定值的范围内使用。6)考虑到万一发生意想不到的事故而损坏元件，请务必在商用电源和半导体电子设备之间安装适当容量的保险丝或自动断路器，防止次生性破坏。7)请在充分把握产品的使用环境、充分考虑能否满足产品的可靠性寿命