IGBT基本參數(shù)詳解講解

IGBT基本參數(shù)詳解講解1.靜態(tài)參數(shù)1.1集射極阻斷電壓集射極阻斷電壓是指在可使用的結(jié)溫范圍內(nèi)，當(dāng)柵極和發(fā)射極短路時(shí)，集射極所能承受的最高電壓。手冊(cè)里一般給出的是25℃下的數(shù)據(jù)，但隨著結(jié)溫的降低，該值會(huì)逐漸降低。在關(guān)斷時(shí)，最容易超過(guò)該限值。1.2最大允許功耗最大允許功耗是指在25℃時(shí)，IGBT開關(guān)的最大允許功率損耗，即通過(guò)結(jié)到殼的熱阻所允許的最大耗散功率。其中，結(jié)溫為芯片結(jié)溫，環(huán)境溫度為PCB板的環(huán)境溫度。二極管的最大功耗可以用同樣的公式獲得。需要注意的是，結(jié)到殼的熱阻抗、芯片熱源到周圍空氣的總熱阻抗以及芯片結(jié)與PCB間的熱阻抗都需要乘以發(fā)熱量才能獲得對(duì)應(yīng)的溫度差。1.3集電極直流電流集電極直流電流是指在可以使用的結(jié)溫范圍內(nèi)，流過(guò)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。因此，給出一個(gè)額定電流時(shí)，必須同時(shí)給出對(duì)應(yīng)的結(jié)和外殼的溫度。1.4可重復(fù)的集電極峰值電流可重復(fù)的集電極峰值電流是指在規(guī)定的脈沖條件下，可重復(fù)承受的集電極峰值電流。1.5RBSOA，反偏安全工作區(qū)RBSOA是指IGBT關(guān)斷時(shí)的安全工作條件。如果工作期間的最大結(jié)溫不超過(guò)限制，IGBT在規(guī)定的阻斷電壓下可以驅(qū)使兩倍的額定電流。1.6短路電流短路電流是指短路時(shí)間不超過(guò)10us的情況下，承受的最大電流。需要注意的是，在雙脈沖測(cè)試中，上管GE之間如果沒(méi)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。1.7集射極導(dǎo)通飽和電壓集射極導(dǎo)通飽和電壓是指在額定電流條件下給出的值。Infineon的IGBT都具有正溫度效應(yīng)，適宜于并聯(lián)。該值隨集電極電流的增加而增加，隨著溫度的升高而減小。該值可用于計(jì)算導(dǎo)通損耗。根據(jù)IGBT的傳輸特性，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：M為調(diào)制因數(shù)，為輸出峰值電流，為功率因數(shù)。2.動(dòng)態(tài)參數(shù)2.1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。2.2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(guò)不同的電路實(shí)現(xiàn)不同的和。IGBT驅(qū)動(dòng)器需達(dá)到的理論峰值可以通過(guò)以下公式計(jì)算：最小的由開通限制，最小的由關(guān)斷限制。柵極電阻太小容易導(dǎo)致震蕩甚至器件損壞。2.3高壓IGBT的外部柵極電阻高壓IGBT一般推薦以降低柵極導(dǎo)通速度。2.4IGBT寄生電容參數(shù)輸入電容及反饋電容（米勒電容）是衡量柵極驅(qū)動(dòng)電路的根本要素，輸出電容則影響IGBT的開關(guān)速度。首先，我們來(lái)深入探討一下米勒效應(yīng)。在IGBT中，輸入電容由柵極和發(fā)射極之間的絕緣介質(zhì)決定，是一個(gè)恒定的常數(shù)；而柵極和基區(qū)之間的電容由柵極和集電極之間的絕緣介質(zhì)決定，也是一個(gè)常數(shù)。耗盡層寬度取決于電壓，當(dāng)電壓增大時(shí)，耗盡層寬度會(huì)減小。在開關(guān)過(guò)程中，集電極電壓會(huì)變?yōu)闊o(wú)窮大，此時(shí)雖然耗盡層電容會(huì)變?yōu)槌潆姞顟B(tài)，但卻幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，因此米勒電容屬于并聯(lián)大電阻。由于變化很小，所以稱之為米勒效應(yīng)。米勒效應(yīng)會(huì)在單電源門極驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中產(chǎn)生影響，因?yàn)樵贗GBT關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的瞬態(tài)，從而導(dǎo)致升高而導(dǎo)通。為了減緩米勒效應(yīng)，有以下幾種辦法：（1）獨(dú)立的門極開通和關(guān)斷電阻；（2）通過(guò)在G、E間增加電容吸收米勒電容的電流；（3）增加負(fù)向偏壓；（4）有源鉗位。其中增加負(fù)向偏壓是一種非常有效的方法。柵極充電電荷可用來(lái)優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，以提高驅(qū)動(dòng)電流的平均值和平均功率。開關(guān)損耗這些參數(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。在IGBT中，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。熱阻是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。熱阻有一個(gè)簡(jiǎn)單的類比，即熱