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【编者按】电力电子器件是半导体功率器件的总称，是构成电力电子设备的基础，是从事电力电子器件设计、研发、生产、营销和应用人员以及电源技术工作者应该熟悉的内容。本刊从去年4月份开始以“电力电子器件知识”为题开展讲座，以满足广大读者增长知识和用好这些器件的需求。欢迎厂家及用户的工程师们撰稿，并望提出宝贵意见。
4.3 IGBT的选择
IGBT的选择主要有三个方面需要考虑：额定电压、额定电流和开关速度。选用IGBT时，首先根据电路中开关器件的电压、电流应力确定IGBT应该有的电压、电流容量。
表1给出IGBT的绝对值参数，是IGBT的极限参数；表2给出IGBT热阻，是热设计的重要依据；表3给出IGBT静态电特性参数；表4给出开关特性，反映了IGBT的动态特性，是驱动电路设计、开关频率设计的重要依据。表5及表6为知名厂家生产的部分IGBT电性能参数。
5 IGBT的检测与使用
5.1 IGBT的检测
由于绝缘栅双极型晶体管IGBT的输入端是高阻，测量前先将G-E极并联一只10kΩ电阻，以保证不会因检测而损坏器件。
(1)IGBT管的电阻测量
① G-E极的电阻测量
若将G-E极并联一只10kΩ电阻，可以用数字万用表电阻“Ω”档测量IGBT的G-E极，测量结果为10kΩ。若G-E极不并联一只10kΩ电阻，测量结果即近似为“∞”；调换测试表笔，测得E –G同样近似为“∞”。所以G-C极电阻测量方法与测G-E极相同，电阻值也一样，电阻值约为RGC≥109Ω。如图24和图25所示。
也可以用数字万用表二极管档测量绝缘栅双极晶体管的“E”、“C”、“G”三极之间是否被击穿。“E”极与“G”极、“C”极与“G”极正、反测试均应不导通(正常)。
②C-E极电阻的测量
由于IGBT通常与反并联的快速二极管封装在一起，制成模块，成为逆导器件，因此在数字万用表电阻“Ω”档，用红表笔接“E”极，黑表笔接“C”极，应有50kΩ左右的电阻 (对于一些没有内置二极管的型号，如GT40T101应近似为“∞”)。
对IGBT管，G极不加电压，就不形成导电沟道，C-E极电阻很大，因此，应用数字万用表电阻“×10kΩ”档，测得C –E电阻近似为“∞”。在理论上C-E极电阻等于一个正向PN结电阻与一个反向PN结电阻串联的和。一般IGBT管C-E极电阻为RCE≥107Ω。如图26所示。E-C极电阻为续流二极管正向电阻55kΩ，测量方法如图27所示。
(2)IGBT管的二极管测量
由于绝缘栅双极晶体管通常与反并联的快速二极管封装在一起，制成模块，因此在数字万用表二极管档，用红表笔接“E”极，黑表笔接“C”极，应有0.4V左右的二极管正向电压降(对于一些没有内置二极管的型号，如GT40T101则没有电压降)。
对于IGBT管，若G极不加电压，就不形成导电沟道，C-E极电阻很大，因此，将数字万用表置二极管档时，测得C-E为不导通。在理论上C-E极电阻等于一个正向PN结电阻与一个反向PN结电阻串联的和。一般IGBT管C-E极电阻为RCE≥107Ω。如图28所示。
E-C极二极管挡测量为续流二极管正向压降0.3V。如图29所示。
5.2 IGBT的使用
(1)驱动保护电路的设计
驱动电路的设计是决定IGBT能否充分发挥其性能的关键。
当仅仅使用IGBT中的反并联二极管时，不使用的IGBT集电极和发射极之间需要加入一个－5V以上的反向偏置电压，推荐使用－15V(最大－20V)。反向偏置电压不足时，IGBT可能由于二极管反向恢复时的du/dt引起误触发。另外，如果IGBT开通du/dt偏高，也有可能会引起对偏置支路的IGBT误触发导通。
保护电路是保证IGBT在过流和过压等异常情况下避免受到损坏的重要措施，必须在充分了解器件特性的基础上，配合器件的特性进行设计。
(2)工作结温散热设计
每个IGBT都有既定的最大容许结温(Tj)，在工作时需要控制IGBT的结温不超过这个最大容许结温。一般而言，IGBT需要散热器才能工作，要根据器件的损耗进行散热设计，保證结温Tj不超过容许值。
首先，需要计算出IGBT在电路中的损耗。IGBT工作时的损耗包括两大部分：一个是IGBT内部晶体管的损耗，另外则是IGBT的反并联二极管上的损耗。
IGBT内部晶体管的损耗包括IGBT的导通损耗和开关损耗(包括开通损耗和关断损耗，软开关电路中这两个损耗可能为零)。二极管上的损耗则包括二极管的导通损耗和二极管的反向恢复损耗。把所有的损耗相加即可得到IGBT工作时的总损耗，选择最大的总损耗进行热设计，IGBT工作时的最大结温可以由下面的热方程得到
Tj=PΣ｛Rthjc+Rthcs+Rthsa｝+Ta
式中，PΣ为IGBT最大损耗功率；Rthjc为IGBT结到外壳间的热阻；Rthcs为外壳到散热器间的热阻；Rthsa为散热器到周围空间之间的热阻；Ta为外界温度。根据上述公式，确定结温Tj在容许值范围内选择合适的散热器。
(3)并联连接
当IGBT模块用于控制大电流时，有时将器件并联使用。器件并联使用时，重要的是在设计时要使并联连接的器件中通过等量的电流。一旦电流失去平衡，有可能由于电流集中流过单个器件而使该器件损坏。
由于并联连接时的电流平衡随器件的特性和排线方向不同而变化，有必要配合器件的UCE(sat)，将主电路的排线做均等化的管理和设计。
(4)保管和使用注意事项
电力电子设备的保管存放场所，以温度为5~35℃、相对湿度为45％~75％最为适宜。特别是IGBT和功率晶体管等，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力电子设备的导线生锈，因此需注意使用纯净水或蒸馏水。避开产生腐蚀性气体的场所和尘埃多的场所。
在温度急剧变化的场所，电力电子设备的表面容易结露，因此要避开此类场所，将其保管在温度变化小的地方。
保管时，不要在电力电子设备上施加外力或负载。特别是在叠放中，会不经意而施加负载。
电力电子设备的外部端子需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。
临时放置半导体电子设备时，应选择不易产生静电的容器。
(5)其他
在模块的端子部测定驱动电压(UGE)，并确认外加了既定的电压驱动电路端的电压与实际作用在IGBT上电压，可能有偏差。
通过产品的端子部位测定开通、关断时的脉冲电压。
务必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，可能损坏器件。
务必在充分考虑能否满足产品的可靠性寿命的前提下使用。如果在超过产品的可靠性寿命的情况下使用，器件可能在装置的目标寿命前损坏。
IGBT应在功率周期寿命以内使用。
反偏栅极电压－UGE不足时，可能引起误触发，为了避免误触发，需设定足够的－UGE值(推荐－15V)。
如果开通du/dt偏高，则对偏置支路的IGBT可能发生误触发。为了避免误触发，需在最适当的栅极触驱动(+UGE、－UGE、RG等)条件下使用。
(未完待续)
4.3 IGBT的选择
IGBT的选择主要有三个方面需要考虑：额定电压、额定电流和开关速度。选用IGBT时，首先根据电路中开关器件的电压、电流应力确定IGBT应该有的电压、电流容量。
表1给出IGBT的绝对值参数，是IGBT的极限参数；表2给出IGBT热阻，是热设计的重要依据；表3给出IGBT静态电特性参数；表4给出开关特性，反映了IGBT的动态特性，是驱动电路设计、开关频率设计的重要依据。表5及表6为知名厂家生产的部分IGBT电性能参数。
5 IGBT的检测与使用
5.1 IGBT的检测
由于绝缘栅双极型晶体管IGBT的输入端是高阻，测量前先将G-E极并联一只10kΩ电阻，以保证不会因检测而损坏器件。
(1)IGBT管的电阻测量
① G-E极的电阻测量
若将G-E极并联一只10kΩ电阻，可以用数字万用表电阻“Ω”档测量IGBT的G-E极，测量结果为10kΩ。若G-E极不并联一只10kΩ电阻，测量结果即近似为“∞”；调换测试表笔，测得E –G同样近似为“∞”。所以G-C极电阻测量方法与测G-E极相同，电阻值也一样，电阻值约为RGC≥109Ω。如图24和图25所示。
也可以用数字万用表二极管档测量绝缘栅双极晶体管的“E”、“C”、“G”三极之间是否被击穿。“E”极与“G”极、“C”极与“G”极正、反测试均应不导通(正常)。
②C-E极电阻的测量
由于IGBT通常与反并联的快速二极管封装在一起，制成模块，成为逆导器件，因此在数字万用表电阻“Ω”档，用红表笔接“E”极，黑表笔接“C”极，应有50kΩ左右的电阻 (对于一些没有内置二极管的型号，如GT40T101应近似为“∞”)。
对IGBT管，G极不加电压，就不形成导电沟道，C-E极电阻很大，因此，应用数字万用表电阻“×10kΩ”档，测得C –E电阻近似为“∞”。在理论上C-E极电阻等于一个正向PN结电阻与一个反向PN结电阻串联的和。一般IGBT管C-E极电阻为RCE≥107Ω。如图26所示。E-C极电阻为续流二极管正向电阻55kΩ，测量方法如图27所示。
(2)IGBT管的二极管测量
由于绝缘栅双极晶体管通常与反并联的快速二极管封装在一起，制成模块，因此在数字万用表二极管档，用红表笔接“E”极，黑表笔接“C”极，应有0.4V左右的二极管正向电压降(对于一些没有内置二极管的型号，如GT40T101则没有电压降)。
对于IGBT管，若G极不加电压，就不形成导电沟道，C-E极电阻很大，因此，将数字万用表置二极管档时，测得C-E为不导通。在理论上C-E极电阻等于一个正向PN结电阻与一个反向PN结电阻串联的和。一般IGBT管C-E极电阻为RCE≥107Ω。如图28所示。
E-C极二极管挡测量为续流二极管正向压降0.3V。如图29所示。
5.2 IGBT的使用
(1)驱动保护电路的设计
驱动电路的设计是决定IGBT能否充分发挥其性能的关键。
当仅仅使用IGBT中的反并联二极管时，不使用的IGBT集电极和发射极之间需要加入一个－5V以上的反向偏置电压，推荐使用－15V(最大－20V)。反向偏置电压不足时，IGBT可能由于二极管反向恢复时的du/dt引起误触发。另外，如果IGBT开通du/dt偏高，也有可能会引起对偏置支路的IGBT误触发导通。
保护电路是保证IGBT在过流和过压等异常情况下避免受到损坏的重要措施，必须在充分了解器件特性的基础上，配合器件的特性进行设计。
(2)工作结温散热设计
每个IGBT都有既定的最大容许结温(Tj)，在工作时需要控制IGBT的结温不超过这个最大容许结温。一般而言，IGBT需要散热器才能工作，要根据器件的损耗进行散热设计，保證结温Tj不超过容许值。
首先，需要计算出IGBT在电路中的损耗。IGBT工作时的损耗包括两大部分：一个是IGBT内部晶体管的损耗，另外则是IGBT的反并联二极管上的损耗。
IGBT内部晶体管的损耗包括IGBT的导通损耗和开关损耗(包括开通损耗和关断损耗，软开关电路中这两个损耗可能为零)。二极管上的损耗则包括二极管的导通损耗和二极管的反向恢复损耗。把所有的损耗相加即可得到IGBT工作时的总损耗，选择最大的总损耗进行热设计，IGBT工作时的最大结温可以由下面的热方程得到
Tj=PΣ｛Rthjc+Rthcs+Rthsa｝+Ta
式中，PΣ为IGBT最大损耗功率；Rthjc为IGBT结到外壳间的热阻；Rthcs为外壳到散热器间的热阻；Rthsa为散热器到周围空间之间的热阻；Ta为外界温度。根据上述公式，确定结温Tj在容许值范围内选择合适的散热器。
(3)并联连接
当IGBT模块用于控制大电流时，有时将器件并联使用。器件并联使用时，重要的是在设计时要使并联连接的器件中通过等量的电流。一旦电流失去平衡，有可能由于电流集中流过单个器件而使该器件损坏。
由于并联连接时的电流平衡随器件的特性和排线方向不同而变化，有必要配合器件的UCE(sat)，将主电路的排线做均等化的管理和设计。
(4)保管和使用注意事项
电力电子设备的保管存放场所，以温度为5~35℃、相对湿度为45％~75％最为适宜。特别是IGBT和功率晶体管等，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力电子设备的导线生锈，因此需注意使用纯净水或蒸馏水。避开产生腐蚀性气体的场所和尘埃多的场所。
在温度急剧变化的场所，电力电子设备的表面容易结露，因此要避开此类场所，将其保管在温度变化小的地方。
保管时，不要在电力电子设备上施加外力或负载。特别是在叠放中，会不经意而施加负载。
电力电子设备的外部端子需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。
临时放置半导体电子设备时，应选择不易产生静电的容器。
(5)其他
在模块的端子部测定驱动电压(UGE)，并确认外加了既定的电压驱动电路端的电压与实际作用在IGBT上电压，可能有偏差。
通过产品的端子部位测定开通、关断时的脉冲电压。
务必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，可能损坏器件。
务必在充分考虑能否满足产品的可靠性寿命的前提下使用。如果在超过产品的可靠性寿命的情况下使用，器件可能在装置的目标寿命前损坏。
IGBT应在功率周期寿命以内使用。
反偏栅极电压－UGE不足时，可能引起误触发，为了避免误触发，需设定足够的－UGE值(推荐－15V)。
如果开通du/dt偏高，则对偏置支路的IGBT可能发生误触发。为了避免误触发，需在最适当的栅极触驱动(+UGE、－UGE、RG等)条件下使用。
(未完待续)