IGBT模塊五種不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路圖
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。受機械強度和熱阻的限制，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。
圖1 單管，模塊的內(nèi)部等效電路
多個管芯并聯(lián)時，柵極已經(jīng)加入柵極電阻，實際的等效電路如圖2所示。不同制造商的模塊，柵極電阻的阻值也不相同;不過，同一個模塊內(nèi)部的柵極電阻，其阻值是相同的。
圖2 單管模塊內(nèi)部的實際等效電路圖
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IGBT管芯，后面的“1”表示同一個模塊塑殼之中。
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個半橋模塊構(gòu)成全橋，3個半橋模塊也構(gòu)成三相橋。因此，半橋模塊有時候也稱為橋臂(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。
圖3 半橋模塊的內(nèi)部等效電路
半橋模塊的電流/電壓規(guī)格指的均是其中的每一個模塊單元。如1200V/400A的半橋模塊，表示其中的2個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。
圖4 全橋模塊內(nèi)部等效電路
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。
圖5 三相橋模塊的內(nèi)部等效電路
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。
圖6 7 in 1模塊內(nèi)部的等效電路
制造商一般都會分別給出模塊中個功能單元的參數(shù)，表1 是IXYS的MUBW 15-12 T7模塊的主要技術(shù)規(guī)格。
表1 MUBW 15-12 T7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;?？梢杂嬎愠鯮50，計算公式如下：
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