【干货学院】浅谈温度对IGBT的影响

导读

相信搞驱动的朋友一定对IGBT器件不陌生，IGBT为绝缘栅型晶体管，综合了GTR（电力晶体管）和MOSFET（电力场效应晶体管）的优点，是常用的典型全控型电力电子器件，常用在变频器的整流和逆变单元中。下面我们来看看温度对它的影响。

温度的影响

下图1是IGBT模块的内部设计和在周期性交变电流负载时IGBT芯片、基板和散热片的温度特性曲线。

图1  IGBT在周期性交变电流负载时的温度特性

根据图1，温度对IGBT模块的影响如下：

①由于IGBT的机械设计使用了几层不同的材料，在产生热损的IGBT芯片和基板之间有相对较高的热阻，该热量通过IGBT基板传送到功率模块上的散热器中被吸收。因此，在周期性交变电流负载时在IGBT芯片中有很大的温度的波动，而基板和散热器的温度却相对恒定。在一定运行条件下可能会有很高的温度波动ΔTChip，以至于IGBT模块承受很高的热应力，进而大大缩短使用寿命。

②在实际的运行中，带有IGBT的变频器运行于低频高输出电流时（典型的周期性交变电流负载），低频运行时，当输出电流处于正半周，则很长的一段时间内输出电流只流过连接DC正母线的IGBT，所以该IGBT的芯片温度持续升高，而连接DC负母线的IGBT芯片则被冷却。但在输出电流的负半周时，情况则相反。在这种运行条件下，即使输出电流的有效值保持不变，随着输出频率变化，电流负载在IGBT芯片上的交替变化，也造成了很高的芯片温度TChip和很高的温度波动ΔTChip。所以，IGBT允许的温度周期的数量是有限的，与温度波动ΔTChip的升高成比例地减少。因此，IGBT的寿命也随着温度波动ΔTChip的升高而减小。

专家的建议

保证IGBT模块的正确运行，首先要避免由于过高的芯片温度TChip造成IGBT的瞬时致命损坏，还要避免由于过高的温度波动ΔTChip缩短IGBT寿命，具体需求条件为以下两点：

·IGBT的绝对芯片温度TChip必须不能超过允许的最大极限值。在任何运行条件下都必须满足这个条件，以保护IGBT芯片不会因为温度过高而造成瞬时致命损坏。在SINAMICS变频器中，温度监视模型在IGBT达到允许极限温度时会触发一个过载反应，可以可靠的避免由于过高的芯片温度造成的损坏，但是在配置阶段必须采取措施保证在正常的运行模式下驱动不会触发该保护机制。

·IGBT的温度波动ΔTChip必须不能超过所允许的极限值，或者只占整个运行时间很小的一部分。为防止严重缩短IGBT的使用寿命，必须满足此条件。温度模型不能监视温度的波动，所以在配置阶段必须采取措施来保证IGBT的温度波动不超过IGBT所允许的温度波动范围，或者只占整个运行时间的很少一部分（<>

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