高海拔对igbt模块应用的影响

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1、高海拔对IGBT模块应用的影响高海拔环境的两个主要特点及其影响，随着海拔高度的增加，大气的压力下降，空气密度和湿度相应地减少，其特征为：高海拔空气稀薄，气压低。l 气压低->电气间隙（Clearance）的击穿电压降低；l 空气稀薄->风流量减小。海拔高度增加，宇宙射线粒子增加。l 宇宙射线粒子->破坏功率器件的空间电荷区电场，造成器件失效。高海拔和电气间隙（Clearance）帕邢定律：在均匀电场中，击穿电压和电极距离与气压的乘积成正比。l 气压降低、间隙距离不变->击穿电压降低：绝缘？空气压力或空气密度的降低

2、，引起外绝缘强度的降低。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.7~10.5kPa,外绝缘强度降低8%~13%.安规（如IEC60664-1）对绝缘的相关规定：由系统电压、过压等级和绝缘等级确定所需电气间隙距离，并按海拔高度进行修正。l 例如：对于400V相电压/690V线电压系统，如考虑在过压等级3条件下满足加强绝缘（reinforcedinsulation）要求，则电气间隙距离应为8mm（海拔2000米或以下时）。电气间隙距离的海拔修正系数（IEC60664-1） 高海拔对IGBT模块

3、应用的影响-电气间隙IGBT模块：封装的电气间隙距离应满足海拔高度所对应的要求l FFxxxxR17KE3（IHM-A）：10.0mm（4000米->10.32mm）l FZxxxxR17KE3（IHM-A）：19.0mm（8000米->18mm）l FFxxxxR17IE4（PrimePACK）：19.0mm（8000米->18mm）l FZxxxxR17HP4（IHM-B）：19.1mm（9000米->20.96mm）系统（变流器）：电气间隙距离的设置应满足海拔高度所对应的要求当电气间隙距离无法调整、模块无法

4、更换时（即：按低海拔设计的系统用于高海拔时）：电压降额使用（降低系统额定电压）l 直流母线电压l 交流电压高海拔对IGBT模块应用的影响-风流量IGBT模块的散热：风冷、水冷系统（变流器）其它部分（PCB、电容、冷却液）的散热：风冷空气稀薄、风机不变->风流量减小->散热效果变差l 直接影响风冷变流器的电流输出能力l 间接影响水冷变流器的电流输出能力按高海拔环境设计风冷（风机、散热器）和选择IGBT模块的电流规格当风流量无法调整、模块无法更换时（即：按低海拔设计的系统用于高海拔时）：电流降额使用（降低系统的额定输

5、出电流）高海拔和宇宙射线宇宙射线：由宇宙星体产生、并在辐射过程中衍生出的高能粒子l 原生：可能为超新星、恒星体产生，和太阳活动有关l 次生：辐射过程中衍生出的核子（质子、中子）、介子和电磁辐射次生射线可直达地面并覆盖广大区域。中子破坏功率器件的空间电荷区电场（原子电离反应），造成器件失效。高海拔和宇宙射线l 宇宙射线粒子数随海拔高度的增加而增加（海拔高度15千米以下区间）l 宇宙射线所造成的器件失效率随海拔高度的增加而加速上升功率器件的失效率（FIT）l 由宇宙射线造成的功率器件失效率，除了和海拔高度有关，也和另

6、外两个因素有关l 器件关断状态下承受的实际电压（直流母线电压，相对于器件的阻断电压规格）：直流母线电压上升，失效率上升；l 芯片温度（IGBT结温）：结温上升，失效率下降。高海拔对IGBT模块应用的影响-如何限制失效率宇宙射线很难防护限制直流母线电压l 对1700V及以下的IGBT模块，高海拔应用只需限制直流母线电压的额定值（如控制在1100V以下），无需电压降额使用。l 对3300V和6500V的IGBT模块，高海拔应用时可参考模块的直流稳定性（DCStability），必要时电压降额使用。Ø 33KF2C/K

7、L2C：1800V/2150V(100FIT,Tvj=25°C)Ø 33HE3/HL3：2100V(100FIT,Tvj=25°C)Ø 65KF2：3700V(100FIT,Tvj=25°C)Ø 65KE3：3800V(100FIT,Tvj=25°C)充分利用IGBT模块的最高允许结温规格。