IGBT模块五种不同的内部结构和电路图

IGBT模块五种不同的内部结构和电路图

IGBT模块的内部电路与IGBT单管及分立元件构成的电路形式略有不同。

1.单管模块，1 in 1模块

单管模块的内部由若干个IGBT并联，以达到所需要的电流规格，可以视为大电流规格的IGBT单管。受机械强度和热阻的限制，IGBT的管芯面积不能做得太大，大电流规格的IGBT需要将多个管芯装配到一块金属基板上。单管模块外部标签上的等效电路如图1所示，副发射极(第二发射极)连接到栅极驱动电路，主发射极连接到主电路中。

图1 单管，模块的内部等效电路

多个管芯并联时，栅极已经加入栅极电阻，实际的等效电路如图2所示。不同制造商的模块，栅极电阻的阻值也不相同;不过，同一个模块内部的栅极电阻，其阻值是相同的。

图2 单管模块内部的实际等效电路图

IGBT单管模块通常称为1 in 1模块，前面的“1”表示内部包含一个IGBT管芯，后面的“1”表示同一个模块塑壳之中。

2.半桥模块，2 in 1模块

半桥(Half bridge)模块也称为2 in 1模块，可直接构成半桥电路，也可以用2个半桥模块构成全桥，3个半桥模块也构成三相桥。因此，半桥模块有时候也称为桥臂(Phase-Leg)模块。

图3是半桥模块的内部等效。不同的制造商的接线端子名称也有所不同，如C2E1可能会标识为E1C2，有的模块只在等效电路图上标识引脚编号等。

图3 半桥模块的内部等效电路

半桥模块的电流/电压规格指的均是其中的每一个模块单元。如1200V/400A的半桥模块，表示其中的2个IGBT管芯的电流/电压规格都是1200V/400A，即C1和E2之间可以耐受最高2400V的瞬间直流电压。

不仅半桥模块，所有模块均是如此标注的。

3.全桥模块，4 in 1模块

全桥模块的内部等效电路如图4所示。

图4 全桥模块内部等效电路

全桥(Full bridge)模块也称为4 in 1模块，用于直接构成全桥电路;也可以用模块中的2个半桥电路并联构成电流规格大2倍的半桥模块，即将分别将G1和G3、G2和G4、E1和E3、E2和E4、E1C2和E3短接。

4.三相桥模块，6 in 1模块

三相桥(3-Phase bridge模块的内部等效电流如图5所示。

图5 三相桥模块的内部等效电路

三相桥模块也称为6 in 1模块，用于直接构成三相桥电路，也可以将模块中的3个半桥电路并联构成电流规格大3倍的半桥模块。三相桥常用的领域是变频器和三相UPS、三相逆变器，不同的应用对IGBT的要求有所不同，故制造商习惯上会推出以实际应用为产品名称的三相桥模块，如3-Phase inverter module(三相逆变器模块)等。

5.PIM模块，CBI模块，7 in 1模块

欧美厂商一般将包含图6所示的7 in 1模块称为CBI模块(Converter-Brake-Inverter Module，整流-刹车-逆变)模块，日系厂商则习惯称其为PIM模块。

图6 7 in 1模块内部的等效电路

制造商一般都会分别给出模块中个功能单元的参数，表1 是IXYS的MUBW 15-12 T7模块的主要技术规格。

表1 MUBW 15-12 T7的主要技术规格

三相整流桥	断路器	三相逆变器	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，断路器和三相逆变器给出的都是IGBT管芯的技术规格，具体含义参见第3章相关内容;三相整流桥的参数含义如下。

·VRRM：最大反向峰值电压，峰值，其中一个二极管的电压规格最大值。

·IFAVM：最大正向平均电流，最大整流电流，与结温或环境温度有关。

·IFSM：最大正向浪涌电流，最大正向峰值电流，与结温或环境温度有关。

NTC的技术参数含义如下。

· R25：额定零功率电阻值，NTC的冷态电阻值，电阻本体温度为25℃时的电阻值，典型值。R25就是NTC热敏电阻的标称电阻值。通常所说“NTC多少阻值”指的就是R25。

· B25/50：热敏常数，NTC 电阻材料的电阻—温度特性，25/50 表示电阻本体的温度分别为25℃和50℃。根据 R25和B25/50;。可以计算出R50，计算公式如下：