Powerex PP100T060 三相 IGBT 组件技术解析

在电力电子领域，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）组件是实现高效功率转换的关键部件。今天我们就来深入了解一下 Powerex 公司的 PP100T060 三相 IGBT 组件，看看它在实际应用中究竟有哪些特点和优势。

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一、产品概述

Powerex 的 POW - R - PAK™ PP100T060 是一款可配置的基于 IGBT 的功率组件，适用于多种功率转换应用，如电机控制、电源、UPS 等。它可以作为转换器、斩波器、半桥或全桥以及三相逆变器使用。该组件安装在强制风冷散热器上，采用了 Powerex 的 F 系列沟槽栅 IGBT，具有低导通和开关损耗，能实现高效运行。同时，它还集成了低电感层压母线结构、光隔离栅极驱动接口、隔离栅极驱动电源和直流母线电容组，控制板提供了简单的用户界面，并具备过压、欠压锁定、过流、过温和短路检测等内置保护功能。

二、关键参数

2.1 绝对最大额定值

参数	符号	单位	数值
IGBT 结温	$T_j$	°C	-40 至 +150
储存温度	$T_{stg}$	°C	-40 至 +125
工作温度	$T_{op}$	°C	-25 至 +85
直流端子施加电压	$V_{CC}$	V	400
隔离电压（交流 1 分钟，60Hz 正弦波）	$V_{iso}$	V	2500
IGBT 集电极电流（$T_C = 25°C$）	$I_C$	A	100
峰值集电极电流（$T_j < 150°C$）	$I_{CM}$	A	200
发射极电流	$I_E$	A	100
峰值发射极电流	$I_{EM}$	A	200
最大集电极耗散功率（$T_j < 150°C$）	$P_c$	W	350
栅极驱动板非稳压 +24V 电源	-	V	30
栅极驱动板稳压 +15V 电源	-	V	18
PWM 信号输入电压	-	V	20
故障输出电源电压	-	V	30
故障输出电流	-	mA	50

2.2 IGBT 逆变器电气特性

特性	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
集电极截止电流	$I_{CES}$	$V{CE} = V{CES}$，$V_{GE} = 0V$	1	-	-	mA
集电极 - 发射极饱和电压	$V_{CE(sat)}$	$I_C = 100A$，$T_j = 125°C$；$I_C = 100A$，$T_j = 25°C$	1.6	1.6	2.2	V
发射极 - 集电极电压	$V_{EC}$	$I_E = 100A$	-	-	2.6	V
开通延迟时间	$t_{d(on)}$	-	-	100	-	ns
上升时间	$t_r$	-	-	80	-	ns
感性负载开关时间（关断延迟时间）	$t_{d(off)}$	$V_{CC} = 300V$，$IC = 100A$，$V{GE} = 15V$，$R_G = 6.3Ω$	-	300	-	ns
下降时间	$t_f$	-	-	250	-	ns
二极管反向恢复时间	$t_{rr}$	-	-	150	-	ns
二极管反向恢复电荷	$Q_{rr}$	-	-	1.9	-	µC
直流母线电容	-	-	-	18000	-	µF

2.3 栅极驱动板电气特性

特性	最小值	典型值	最大值	单位
非稳压 +24V 电源	20	24	30	V
稳压 +15V 电源	14.4	15	18	V
PWM 输入导通阈值	12	15	-	V
PWM 输入关断阈值	-	0	2	V
输出过流跳闸	-	150	-	A
过温跳闸	96	98	100	°C
过压跳闸	460	-	-	V
直流母线电压反馈	见下图	-	-	V
散热器温度反馈	见下图	-	-	V
输出电流反馈	见下图	-	-	V

2.4 热学和机械特性

特性	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
IGBT 结到壳热阻	$R_{th(j - c)Q}$	每个 IGBT 半模块	-	0.23	0.35	°C/W
FWD 结到壳热阻	$R_{th(j - c)D}$	每个 FWD 半模块	-	-	0.70	°C/W
接触热阻	$R_{th(c - f)}$	-	-	0.055	-	°C/W
散热器热阻	$R_{th(f - a)}$	1500 LFM 气流	-	0.040	-	°C/W
交流端子安装扭矩	-	-	-	75	90	in - lb
直流端子安装扭矩	-	-	-	130	150	in - lb
安装板安装扭矩	-	-	-	130	150	in - lb
重量	-	-	-	21	-	lb

三、栅极驱动板接口

3.1 信号定义

引脚	信号名称	描述
1	Shield	连接到电路地
2	PWM A -	0 - 15V 信号，控制 A - IGBT 的占空比
3	Phase A Error 1	集电极开路输出，需要外部上拉电阻。LOW = 无错误；浮空 = A 相过流或短路
4	PWM A +	0 - 15V 信号，控制 A + IGBT 的占空比
5	PWM B -	0 - 15V 信号，控制 B - IGBT 的占空比
6	Phase B Error 1	集电极开路输出，需要外部上拉电阻。LOW = 无错误；浮空 = B 相过流或短路
7	PWM B +	0 - 15V 信号，控制 B + IGBT 的占空比
8	PWM C -	0 - 15V 信号，控制 C - IGBT 的占空比
9	Phase C Error 1	集电极开路输出，需要外部上拉电阻。LOW = 无错误；浮空 = C 相过流或短路
10	PWM C +	0 - 15V 信号，控制 C + IGBT 的占空比
11	Overtemp 1	集电极开路输出，需要外部上拉电阻。LOW = 无错误；浮空 = 散热器过热
12	Not Connected	-
13	DC Link Voltage	直流母线电压的模拟电压表示
14	24 VDC input power 2	20 – 30 VDC 输入电压范围
15	24 VDC input power 2	20 – 30 VDC 输入电压范围
16	15 VDC input power 2	14.4 – 18 VDC 输入电压范围
17	15 VDC input power 2	14.4 – 18 VDC 输入电压范围
18	GND	15 和 24 VDC 输入的接地参考
19	GND	15 和 24 VDC 输入的接地参考
20	Heatsink Temperature	散热器温度的模拟电压表示
21	GND 3	连接到引脚 18 和 19
22	I out Phase A	A 相输出电流的模拟电压表示
23	GND 3	连接到引脚 18 和 19
24	I out Phase B	B 相输出电流的模拟电压表示
25	GND 3	连接到引脚 18 和 19
26	I out Phase C	C 相输出电流的模拟电压表示

3.2 接口连接器

描述	符号	类型	制造商
栅极驱动板接口头	J1	0.100” x 0.100” 锁扣式接头，26 针	3M# 3429 - 6002 或等效产品
推荐匹配插座	-	0.100” x 0.100” IDC 插座，26 针	3M# 3399 - 7600 或等效产品
推荐应变消除装置	-	塑料应变消除装置	3M# 3448 - 3026 或等效产品

四、性能曲线

性能曲线展示了有效输出电流与载波频率的典型关系，测试条件包括环境温度 40°C、直流母线电压 300V、负载功率因数 0.8、IGBT 饱和电压（典型值 @$T_J = 125°C$）、IGBT 开关损耗（典型值 @$T_J = 125°C$）、气流 1500 LFM 以及三相 PWM、60Hz 正弦输出的开关条件。通过这些曲线，工程师可以更好地了解该组件在不同工作条件下的性能表现。

五、总结

Powerex 的 PP100T060 三相 IGBT 组件凭借其高性能的 IGBT 逆变器桥、集成的栅极驱动和保护功能、丰富的状态监测和反馈机制以及良好的热学和机械特性，为电力电子系统的设计提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和工作条件，合理选择和使用该组件，以充分发挥其优势。你在使用类似 IGBT 组件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。