IGBT 基礎(chǔ)教程：第 5 部分?jǐn)?shù)據(jù)表中有關(guān) IGBT的特性二

從APT 提供的數(shù)據(jù)表旨在包含對(duì)電源電路設(shè)計(jì)人員有用且方便的相關(guān)信息，用于選擇合適的器件以及預(yù)測(cè)其在應(yīng)用中的性能。提供圖表以使設(shè)計(jì)人員能夠從一組操作條件外推到另一組操作條件。應(yīng)該注意的是，測(cè)試結(jié)果非常依賴于電路，尤其是寄生發(fā)射極電感，以及寄生集電極電感和柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和布局。不同的測(cè)試電路產(chǎn)生不同的結(jié)果。

I CM — 脈沖集電極電流

此額定值表示設(shè)備可以處理多少脈沖電流，明顯高于額定連續(xù)直流電流。ICM評(píng)級(jí)的目的是：

· 保持 IGBT 在其傳輸特性的“線性”區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。參見圖 7。對(duì)于 IGBT 將傳導(dǎo)的相應(yīng)柵極-發(fā)射極電壓，存在最大集電極電流。如果給定柵極-發(fā)射極電壓下的工作點(diǎn)高于圖 7 中的線性區(qū)域“拐點(diǎn)”，則集電極電流的任何進(jìn)一步增加都會(huì)導(dǎo)致集電極-發(fā)射極電壓顯著上升，從而導(dǎo)致傳導(dǎo)損耗增加并可能損壞器件。I CM額定值設(shè)置為低于典型柵極驅(qū)動(dòng)電壓的“拐點(diǎn)”。

· 以防止燒壞或閉鎖。即使理論上脈沖寬度太短而不會(huì)使芯片過熱，顯著超過 I CM額定值也會(huì)導(dǎo)致足夠的局部芯片特征加熱，從而導(dǎo)致燒壞部位或閂鎖。

· 以防止模具過熱。腳注“重復(fù)額定值：脈沖寬度受最大結(jié)溫限制”暗示 I CM基于取決于脈沖寬度的熱限制。這始終是正確的，原因有兩個(gè)：1) 在發(fā)生損壞風(fēng)險(xiǎn)之前，I CM額定值有一定的余量，而不是由于芯片超過其最大結(jié)溫，以及 2) 無論故障機(jī)制到底是什么，過熱幾乎總是無論如何觀察到的最終結(jié)果。

· 為了避免通過接合線的電流過大的問題，盡管可能首先會(huì)出現(xiàn)與通過芯片的電流過大有關(guān)的問題。

關(guān)于 ICM 的熱限制，溫升取決于脈沖寬度、脈沖之間的時(shí)間、散熱和 V CE(on)以及電流脈沖的形狀和幅度。簡(jiǎn)單地保持在 I CM限制內(nèi)并不能確保不會(huì)超過最大結(jié)溫。有關(guān)在電流脈沖期間估計(jì)結(jié)溫的程序，請(qǐng)參閱最大有效瞬態(tài)熱阻抗曲線的討論。

I LM、RBSOA 和 SSOA — 安全操作區(qū)域

這些評(píng)級(jí)都是相關(guān)的。I LM是器件在無緩沖器硬開關(guān)應(yīng)用中可以安全切換的鉗位感性負(fù)載電流量。規(guī)定了測(cè)試電路條件(外殼溫度、柵極電阻、鉗位電壓等)。 I LM額定值受關(guān)斷瞬態(tài)的限制，其中柵極為正偏壓并切換到零偏壓或負(fù)偏壓。因此，I LM額定值和反向偏置安全工作區(qū) (RBSOA) 是相似的。ILM 額定值是最大電流，RBSOA 是指定電壓下的最大電流。

開關(guān)安全工作區(qū) (SSOA) 就是在全 V CES電壓額定值下的 RBSOA。涵蓋開啟瞬態(tài)的正向偏置安全工作區(qū) (FBSOA) 通常遠(yuǎn)高于 RBSOA，因此通常未在數(shù)據(jù)表中列出。只要不超過這些額定值，電路設(shè)計(jì)人員就無需擔(dān)心緩沖器、最小柵極電阻或 dv/dt 限制。

E AS — 單脈沖雪崩能量

所有具有雪崩能量等級(jí)的設(shè)備都具有 E AS等級(jí)。額定雪崩能量與額定非鉗位感應(yīng)開關(guān) (UIS) 同義。E AS既受熱限制又受缺陷限制，指示器件在外殼溫度為 25°C 且芯片處于或低于最大額定結(jié)溫時(shí)可以安全吸收多少反向雪崩能量。Power MOS 7 中使用的開放單元結(jié)構(gòu)減輕了 E AS的缺陷限制。另一方面，封閉單元結(jié)構(gòu)中的缺陷會(huì)導(dǎo)致單元在雪崩條件下閂鎖。未經(jīng)徹底測(cè)試，請(qǐng)勿故意在雪崩條件下操作 IGBT。

測(cè)試電路的條件在腳注中說明，E AS等級(jí)等于

其中 L 是承載峰值電流 i C的電感器的值，該電流突然轉(zhuǎn)移到被測(cè)器件的集電極中。正是電感器的電壓超過了 IGBT 的擊穿電壓，導(dǎo)致了雪崩條件。雪崩條件允許電感電流流過 IGBT，即使 IGBT 處于關(guān)閉狀態(tài)。存儲(chǔ)在電感器中的能量類似于存儲(chǔ)在泄漏和/或雜散電感中的能量，并在被測(cè)設(shè)備中消散。在應(yīng)用中，如果由于泄漏和雜散電感引起的振鈴不超過擊穿電壓，則器件不會(huì)發(fā)生雪崩，因此不需要消耗雪崩能量。

雪崩能量額定設(shè)備根據(jù)設(shè)備的額定電壓和系統(tǒng)電壓(包括瞬態(tài))之間的裕量提供安全網(wǎng)。

P D — 總功耗

這是器件可以消耗的最大功率的額定值，基于 25°C 外殼溫度下的最大結(jié)溫和熱阻 R θJC。在高于 25°C 的情況下，線性降額系數(shù)只是 R θJC的倒數(shù)。

T J ,T STG — 工作和存儲(chǔ)結(jié)溫范圍

這是允許的存儲(chǔ)和工作結(jié)溫范圍。設(shè)置此范圍的限制是為了確?？山邮艿淖疃淘O(shè)備使用壽命。遠(yuǎn)離此范圍的限制運(yùn)行可以顯著提高使用壽命。它實(shí)際上是一個(gè)將器件壽命與結(jié)溫相關(guān)聯(lián)的指數(shù)函數(shù)，但作為“經(jīng)驗(yàn)法則”，僅對(duì)于熱感應(yīng)效應(yīng)，結(jié)溫每降低 10°C，器件壽命就會(huì)增加一倍。