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IGBT的静态特性曲线、选型、应用与IGBT清洗

合明科技 👁 2272 Tags:智能电网轨道交通车规级IGBT芯片封装清洗

IGBT的静态特性曲线

IGBT静态特性曲线包括转移特性曲线和输出特性曲线:其中左侧用于表示IC-VGE关系的曲线叫做转移特性曲线,右侧表示IC-VCE关系的曲线叫做输出特性曲线。

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(1)转移特性曲线

IGBT的转移特性曲线是指输出集电极电流IC与栅极-发射极电压VGE之间的关系曲线。

为了便于理解,这里我们可通过分析MOSFET来理解IGBT的转移特性。

当VGS=0V时,源极S和漏极D之间相当于存在两个背靠背的pn结,因此不论漏极-源极电压VDS之间加多大或什么极性的电压,总有一个pn结处于反偏状态,漏、源极间没有导电沟道,器件无法导通,漏极电流ID为N+PN+管的漏电流,接近于0。

当0<vgs<vgs(th)时< span="">,栅极电压增加,栅极G和衬底p间的绝缘层中产生电场,使得少量电子聚集在栅氧下表面,但由于数量有限,沟道电阻仍然很大,无法形成有效沟道,漏极电流ID仍然约为0。

当VGS≥VGS(th)时,栅极G和衬底p间电场增强,可吸引更多的电子,使得衬底P区反型,沟道形成,漏极和源极之间电阻大大降低。此时,如果漏源之间施加一偏置电压,MOSFET会进入导通状态。在大部分漏极电流范围内ID与VGS成线性关系,如下图所示。

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这里MOSFET的栅源电压VGS类似于IGBT的栅射电压VGE,漏极电流ID类似于IGBT的集电极电流IC。IGBT中,当VGE≥VGE(th)时,IGBT表面形成沟道,器件导通。

(2)输出特性曲线

IGBT的输出特性通常表示的是以栅极-发射极电压VGE为参变量时,漏极电流IC和集电极-发射极电压VCE之间的关系曲线。

由于IGBT可等效理解为MOSFET和PNP的复合结构,它的输出特性曲线与MOSFET强相关,因此这里我们依旧以MOSFET为例来讲解其输出特性。

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其中当VDS>0且较小时,ID随着VDS的增大而增大,这部分区域在MOSFET中称为可变电阻区,在IGBT中称为非饱和区;

当VDS继续增大,ID-VDS的斜率逐渐减小为0时,该部分区域在MOSFET中称为恒流区,在IGBT中称为饱和区;

当VDS增加到雪崩击穿时,该区域在MOSFET和IGBT中都称为击穿区。

IGBT的栅极-发射极电压VGE类似于MOSFET的栅极-源极电压VGS,集电极电流IC类似于漏极电流ID,集电极-发射极电压VCE类似于漏源电压VDS。


MOSFET与IGBT在线性区之间存在差异(红框所标位置)。

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这主要是由于IGBT在导通初期,发射极P+/N-结需要约为0.7V的电压降使得该结从零偏转变为正偏所导致的。


IGBT如何选型

(1)IGBT额定电压的选择三相380V输入电压经过整流和滤波后,直流母线电压的最大值:在开关工作的条件下,IGBT的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍,根据IGBT规格的电压等级,选择1200V电压等级的IGBT。

(2)IGBT额定电流的选择以30kW变频器为例,负载电流约为79A,由于负载电气启动或加速时,电流过载,一般要求1分钟的时间内,承受1.5倍的过流,择最大负载电流约为119A ,建议选择150A电流等级的IGBT。

(3)IGBT开关参数的选择变频器的开关频率一般小于10kHZ,而在实际工作的过程中,IGBT的通态损耗所占比重比较大,建议选择低通态型IGBT。

(4)影响IGBT可靠性因素(1)栅电压IGBT工作时,必须有正向栅电压,常用的栅驱动电压值为15~187,最高用到20V, 而棚电压与栅极电阻Rg有很大关系,在设计IGBT驱动电路时, 参考IGBT Datasheet中的额定Rg值,设计合适驱动参数,保证合理正向栅电压。因为IGBT的工作状态与正向棚电压有很大关系,正向栅电压越高,开通损耗越小,正向压降也咯小。

在桥式电路和大功率应用情况下,为了避免干扰,在IGBT关断时,栅极加负电压,一般在-5- 15V,保证IGBT的关断,避免Miller效应影响。

(2)Miller效应为了降低Miller效应的影响,在IGBT栅驱动电路中采用改进措施:(1)开通和关断采用不同栅电阻Rg,ON和Rg,off,确保IGBT的有效开通和关断;(2)栅源间加电容c,对Miller效应产生的电压进行能量泄放;(3)关断时加负栅压。在实际设计中,采用三者合理组合,对改进Mille r效应的效果更佳。

IGBT的应用

(IGBT最主要的作用就是高压直流转交流,以及变频)

1、新能源汽车图片

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IGBT是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件,在电动汽车中发挥着至关重要的作用,主要作用于电动车汽车的充电桩、电动控制系统以及车载空调控制系统。
(1)电动控制系统
作用于大功率直流/交流(DC/AC)逆变后汽车电机的驱动;
(2)车载空调控制系统
作用于小功率直流/交流(DC/AC)的逆变;
(3)充电桩
智能充电桩中被作为开关元件使用;

2、智能电网

智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端均需使用IGBT。

(1)发电端
风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需使用IGBT。
(2)输电端
特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需大量使用IGBT。
(3)变电端
IGBT是电力电子变压器的关键器件。
(4)用电端
家用白电、 微波炉、LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。

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3、轨道交通图片

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众所周知,交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一,在交流传动系统中牵引变流器是关键部件,而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一,可以说该器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。车规级IGBT芯片封装清洗:

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。

合明科技运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

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