IGBT模塊五種不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路圖
IGBT模塊的內(nèi)部電路與IGBT單管及分立元件構(gòu)成的電路形式略有不同。
1.單管模塊,1 in 1模塊
單管模塊的內(nèi)部由若干個(gè)IGBT并聯(lián),以達(dá)到所需要的電流規(guī)格,可以視為大電流規(guī)格的IGBT單管。受機(jī)械強(qiáng)度和熱阻的限制,IGBT的管芯面積不能做得太大,大電流規(guī)格的IGBT需要將多個(gè)管芯裝配到一塊金屬基板上。單管模塊外部標(biāo)簽上的等效電路如圖1所示,副發(fā)射極(第二發(fā)射極)連接到柵極驅(qū)動電路,主發(fā)射極連接到主電路中。
多個(gè)管芯并聯(lián)時(shí),柵極已經(jīng)加入柵極電阻,實(shí)際的等效電路如圖2所示。不同制造商的模塊,柵極電阻的阻值也不相同;不過,同一個(gè)模塊內(nèi)部的柵極電阻,其阻值是相同的。
IGBT單管模塊通常稱為1 in 1模塊,前面的“1”表示內(nèi)部包含一個(gè)IGBT管芯,后面的“1”表示同一個(gè)模塊塑殼之中。
2.半橋模塊,2 in 1模塊
半橋(Half bridge)模塊也稱為2 in 1模塊,可直接構(gòu)成半橋電路,也可以用2個(gè)半橋模塊構(gòu)成全橋,3個(gè)半橋模塊也構(gòu)成三相橋。因此,半橋模塊有時(shí)候也稱為橋臂(Phase-Leg)模塊。
圖3是半橋模塊的內(nèi)部等效。不同的制造商的接線端子名稱也有所不同,如C2E1可能會標(biāo)識為E1C2,有的模塊只在等效電路圖上標(biāo)識引腳編號等。
半橋模塊的電流/電壓規(guī)格指的均是其中的每一個(gè)模塊單元。如1200V/400A的半橋模塊,表示其中的2個(gè)IGBT管芯的電流/電壓規(guī)格都是1200V/400A,即C1和E2之間可以耐受最高2400V的瞬間直流電壓。
不僅半橋模塊,所有模塊均是如此標(biāo)注的。
3.全橋模塊,4 in 1模塊
全橋模塊的內(nèi)部等效電路如圖4所示。
全橋(Full bridge)模塊也稱為4 in 1模塊,用于直接構(gòu)成全橋電路;也可以用模塊中的2個(gè)半橋電路并聯(lián)構(gòu)成電流規(guī)格大2倍的半橋模塊,即將分別將G1和G3、G2和G4、E1和E3、E2和E4、E1C2和E3短接。
4.三相橋模塊,6 in 1模塊
三相橋(3-Phase bridge模塊的內(nèi)部等效電流如圖5所示。
三相橋模塊也稱為6 in 1模塊,用于直接構(gòu)成三相橋電路,也可以將模塊中的3個(gè)半橋電路并聯(lián)構(gòu)成電流規(guī)格大3倍的半橋模塊。三相橋常用的領(lǐng)域是變頻器和三相UPS、三相逆變器,不同的應(yīng)用對IGBT的要求有所不同,故制造商習(xí)慣上會推出以實(shí)際應(yīng)用為產(chǎn)品名稱的三相橋模塊,如3-Phase inverter module(三相逆變器模塊)等。
5.PIM模塊,CBI模塊,7 in 1模塊
歐美廠商一般將包含圖6所示的7 in 1模塊稱為CBI模塊(Converter-Brake-Inverter Module,整流-剎車-逆變)模塊,日系廠商則習(xí)慣稱其為PIM模塊。
制造商一般都會分別給出模塊中個(gè)功能單元的參數(shù),表1 是IXYS的MUBW 15-12 T7模塊的主要技術(shù)規(guī)格。
三相整流橋 | 斷路器 | 三相逆變器 | NTC |
VRRM=1600V | VCES=1200V | VCES=1200V | R25=5.0kΩ |
IFAVM=38A | IC25=30A | IC25=30A | B25/50=3375K |
IFSM=300A | VCE(sat)=1.7V | VCE(sat)=1.7V |
其中,斷路器和三相逆變器給出的都是IGBT管芯的技術(shù)規(guī)格,具體含義參見第3章相關(guān)內(nèi)容;三相整流橋的參數(shù)含義如下。
·VRRM:最大反向峰值電壓,峰值,其中一個(gè)二極管的電壓規(guī)格最大值。
·IFAVM:最大正向平均電流,最大整流電流,與結(jié)溫或環(huán)境溫度有關(guān)。
·IFSM:最大正向浪涌電流,最大正向峰值電流,與結(jié)溫或環(huán)境溫度有關(guān)。
NTC的技術(shù)參數(shù)含義如下。
· R25:額定零功率電阻值,NTC的冷態(tài)電阻值,電阻本體溫度為25℃時(shí)的電阻值,典型值。R25就是NTC熱敏電阻的標(biāo)稱電阻值。通常所說“NTC多少阻值”指的就是R25。
· B25/50:熱敏常數(shù),NTC 電阻材料的電阻—溫度特性,25/50 表示電阻本體的溫度分別為25℃和50℃。根據(jù) R25和B25/50;??梢杂?jì)算出R50,計(jì)算公式如下:
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