IGBT基本參數(shù)詳解

1、第一部分 IGBT模塊靜態(tài)參數(shù)1，VCES：集射極阻斷電壓在可使用的結(jié)溫范圍內(nèi)，柵極和發(fā)射極短路狀況下，集射極最高電壓。手冊(cè)里一般為25下的數(shù)據(jù)，隨著結(jié)溫的降低，VCES會(huì)逐漸降低。由于模塊內(nèi)外部的雜散電感，IGBT在關(guān)斷時(shí)VCES最容易超過限值。2，Ptot：最大允許功耗在25時(shí)，IGBT開關(guān)的最大允許功率損耗，即通過結(jié)到殼的熱阻所允許的最大耗散功率。Ptot=(TVj- TC)/Rthjc其中，TVj為結(jié)溫，TC為環(huán)境溫度。二極管的最大功耗可以用同樣的公式獲得。在這里，順便解釋下這幾個(gè)熱阻，Rthjc 結(jié)到殼的熱阻抗，乘以發(fā)熱量獲得結(jié)與殼的溫差；Rthja芯片熱源到周圍空氣的總熱阻抗，乘以

2、發(fā)熱量獲得器件溫升；Rthjb芯片結(jié)與PCB間的熱阻抗，乘以單板散熱量獲得與單板的溫差。3，Ic nom 集電極直流電流在可以使用的結(jié)溫范圍流集射極的最大直流電流。根據(jù)最大耗散功率的定義，可以由最大耗散功率算出該值。所以給出一個(gè)額定電流，必須給出對(duì)應(yīng)的結(jié)和外殼的溫度。 Ic nom = (TVj- TC)/(Rthjc*VCEsat)4，Icrm 可重復(fù)的集電極峰值電流規(guī)定的脈沖條件下，可重復(fù)的集電極峰值電流。5，RBSOA，反偏安全工作區(qū)IGBT關(guān)斷時(shí)的安全工作條件。如果工作期間的最大結(jié)溫不被超過，IGBT在規(guī)定的阻斷電壓下可以驅(qū)使兩倍的額定電流。6，ISC 短路電流短路時(shí)間不超過10us。

3、請(qǐng)注意，在雙脈沖測(cè)試中，上管GE之間如果沒有短路或負(fù)偏壓，就很容易引起下管開通時(shí)，上管誤導(dǎo)通，從而導(dǎo)致短路。7，VCESat 集射極導(dǎo)通飽和電壓VCESat在額定電流條件下給出，Infineon的IGBT都具有正溫度效應(yīng)，適宜于并聯(lián)。VCESat隨集電極電流增加而增加，隨著Vge增加而減小。VCESat可用于計(jì)算導(dǎo)通損耗。根據(jù)IGBT的傳輸特性，VCE= VT0+RCE×ICRCE= VCEIC計(jì)算時(shí)，切線的點(diǎn)盡量靠近工作點(diǎn)。對(duì)于SPWM方式，導(dǎo)通損耗由下式獲得，P= 12VT0*IP+RCE*IP4+m*cos*(VT0*IP8+13RCE*IP2)M為調(diào)制因數(shù)；IP為輸出峰值電流

4、；cos為功率因數(shù)。第二部分 IGBT模塊動(dòng)態(tài)參數(shù)1，RGINT模塊內(nèi)部柵極電阻為了實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部芯片的均流，模塊內(nèi)部集成了柵極電阻，該電阻值常被當(dāng)成總的驅(qū)動(dòng)電阻的一部分計(jì)算IGBT驅(qū)動(dòng)器的峰值電流能力。2，RGext外部柵極電阻數(shù)據(jù)手冊(cè)中往往給出的是最小推薦值，可以通過以下電路實(shí)現(xiàn)不同的RGon 和RGoff。IGBT驅(qū)動(dòng)器需達(dá)到的理論峰值計(jì)算如下，Ig peak = VGEon- VGEoffRGext+ RGINT最小的RGon由開通di/dt限制，最小的RGoff由關(guān)斷du/dt限制，柵極電阻太小容易導(dǎo)致震蕩甚至器件損壞。3，Cge外部柵極電阻高壓IGBT一般推薦Cge以降低柵極導(dǎo)通速度

5、。4，IGBT寄生電容參數(shù)輸入電容Cies及反饋電容Cres（米勒電容）是衡量柵極驅(qū)動(dòng)電路的根本要素，輸出電容COSS限制開關(guān)轉(zhuǎn)換過程的dv/dt，COSS造成的損耗一般可以忽略。Cies= CGE+CGCCres= CGCCOSS=CGC+CEC CGE隨著VCE變化近似為常量，而CCE隨著VCE增大而減小。接下來深度剖析一下米勒效應(yīng)IGBT的輸入電容，Cies= CGE+CGC其中CGE由柵極和發(fā)射極之間絕緣介質(zhì)決定，是恒定常數(shù)；CGC= Cox+Cdep，Cox為柵極、集電極電容，由柵極和基區(qū)之間絕緣介質(zhì)決定，為常數(shù)；Cdep為耗盡層電容，與耗盡層寬度有關(guān)，決定于VCE。在開通過程中，集

6、電極電壓VCE逐漸降低，耗盡層寬度降低，Cdep增大；當(dāng)耗盡層消失，Cdep將變?yōu)闊o窮大，此時(shí)雖然VGE(on)為CGC充電，但CGE卻幾乎沒有電流（CGE屬于并聯(lián)大電阻），VGE變化很小，即為米勒效應(yīng)。因?yàn)镃ox、Cdep串聯(lián)，所以米勒電容CresCox。上述的Cres即為米勒電容，當(dāng)IGBT在開關(guān)時(shí)，會(huì)由于寄生米勒電容而產(chǎn)生米勒平臺(tái)，即米勒效應(yīng)。米勒效應(yīng)在單電源門極驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中影響非常明顯，基于G、C間的耦合，IGBT關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的瞬態(tài)du/dt，從而引發(fā)VGE升高而導(dǎo)通。如下圖所示，當(dāng)上管關(guān)斷時(shí)，產(chǎn)生du/dt加到下管的米勒電容上，就會(huì)產(chǎn)生較大的電流，這個(gè)電流流經(jīng)下管的驅(qū)動(dòng)電路，使

7、下管VGE升高導(dǎo)致下管誤導(dǎo)通。減緩米勒效應(yīng)的辦法，（1）獨(dú)立的門極開通和關(guān)斷電阻通過減小RGoff可以抑制上述現(xiàn)象，但代價(jià)是可能引起震蕩和二極管擊穿。（2）通過在G、E間增加電容吸收米勒電容的電流，想想都不靠譜！（3）增加負(fù)向偏壓（顯然是一種很有效的方法，不解釋）。（4）有源鉗位（實(shí)際上就是短路）5，QG柵極充電電荷可用來優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電流的平均值， IG= fc×(Qg+ Cies×Vee)平均功率 Pd=Pd(on)+Pd(off)=fc×(QgVcc+ Cies×Vee2)Pd=Qg*Vge*f= Cies*5*Vge2*f6，開關(guān)損耗

8、這些參數(shù)強(qiáng)烈地依賴于柵極驅(qū)動(dòng)電路、電路布局、柵極電阻、母線電壓和電流等。7，結(jié)溫、熱阻和溫升（1）結(jié)溫是處于電子設(shè)備中實(shí)際半導(dǎo)體芯片的溫度，通常高于外殼溫度和器件表面溫度，結(jié)溫可以用以下公式來估計(jì)，Tvj=TC+(Rthja*P) （2）熱阻，熱量在熱流路徑上遇到的阻力，表明1W熱量引起的溫升大小，單位/W，或k/W。用一個(gè)簡(jiǎn)單的類比可以更好地解釋熱阻，熱量相當(dāng)于電流，溫差相當(dāng)于電壓，則熱阻相當(dāng)于電阻。熱阻有如下公式成立，TCmax=Tvj-(Rthjc*P)上式是在假設(shè)散熱片足夠大且接觸良好的情況下成立的，否則還應(yīng)寫成，TCmax=Tvj-(Rthjc+Rthcs+Rthsa)*PRthcs

9、表示殼到散熱片的熱阻，Rthsa表示散熱片到周圍環(huán)境的熱阻，當(dāng)散熱片面積足夠大時(shí)可以認(rèn)為其與環(huán)境之間的熱阻為0，溫度一樣。參照以下例子使用熱阻，IHW40N120R3數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出25下耗散功率429W，而Rthjc=0.35K/W，Tvj=429*0.35+25175（3）瞬態(tài)熱阻抗zth與熱阻Rth熱阻描述了IGBT在穩(wěn)定狀態(tài)下的熱行為，而熱阻抗描述了IGBT瞬態(tài)或者短脈沖下的熱行為。大部分IGBT實(shí)際應(yīng)用是以一定的占空比進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，這種條件下，需要熱阻加熱容的方法描述其等效電路。以一定占空比（D）的連續(xù)脈沖工作狀態(tài)下的瞬態(tài)熱阻，Sthjc(t)為單個(gè)脈沖瞬態(tài)熱阻。zthjct=Rthj

10、c1-e-t =Rthjc·Cthjc ztht=RthjcD+1-DSthjc(t) Ci= iRi第三部分 靜態(tài)特性1，靜態(tài)直流特性（1）阻斷特性（blocking capability） 這個(gè)特性用以下兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行表示，VBRces 集射極擊穿電壓 和 Ices漏電流，但因?yàn)闇y(cè)試漏電流更加安全，所以常常測(cè)試漏電流來表征該特性。（2）輸出特性（transfer characteristics）采用curve tracer進(jìn)行測(cè)試。（3）通態(tài)電阻 （on-state resistance）從輸出特性曲線上進(jìn)行讀取，如下圖所示，為給定電流Ic和給定電壓Vce下的電阻。（4）體二極管的傳輸