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[導(dǎo)讀]IGBT數(shù)據(jù)表中連續(xù)集電極電流IC,也稱為直流集電極電流,先對(duì)比一下二家不同公司的額定電流相同的IGBT產(chǎn)品(10A/600V)的數(shù)據(jù)表,可以看到標(biāo)稱的連續(xù)集電極電流IC的差異。廠家1:廠家2:在數(shù)據(jù)表中,25℃和100℃時(shí),二個(gè)標(biāo)稱相同額定電流的IGBT,IC并不相同。那么,I...


IGBT數(shù)據(jù)表中連續(xù)集電極電流IC,也稱為直流集電極電流,先對(duì)比一下二家不同公司的額定電流相同的IGBT產(chǎn)品(10A/600V)的數(shù)據(jù)表,可以看到標(biāo)稱的連續(xù)集電極電流IC的差異。

廠家1:


廠家2:

在數(shù)據(jù)表中,25℃和100℃時(shí),二個(gè)標(biāo)稱相同額定電流的IGBT,IC并不相同。那么,IGBT的數(shù)據(jù)表中,最大的連續(xù)集電極電流IC,到底如何定義呢?

數(shù)據(jù)表中IGBT的最大連續(xù)集電極電流標(biāo)示為IC,通常這個(gè)電流是一個(gè)計(jì)算值。當(dāng)器件的封裝和芯片的大小一定時(shí),如對(duì)于底部有裸露銅皮的封裝TO220,D2PAK,DPAK等,那么器件的結(jié)到裸露銅皮的熱阻RthJC是一個(gè)確定值,根據(jù)硅片允許的最大工作結(jié)溫TJ和裸露銅皮的溫度TC,就可以得到器件允許的最大的功耗PD,如公式(1)所示。

(1)

IGBT流過(guò)最大的連續(xù)集電極電流IC時(shí),集電極、發(fā)射極的飽和壓降為VCE(sat),ICVCE(sat)的乘積,等于IGBT允許的最大功耗PD。

(2)

因此,二式聯(lián)立,可以得到最大的連續(xù)集電極電流IC的計(jì)算公式:?

(3)

由公式(3),求解最大連續(xù)集電極電流IC的關(guān)鍵,就是如何選擇VCE(sat)VCE(sat)是數(shù)據(jù)表中列出的集電極發(fā)射極的飽和壓降嗎?下面就以廠家1的產(chǎn)品為例,來(lái)看看計(jì)算的結(jié)果。


在產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表中,TJ為175℃,RJC=1.35K/W,由公式(1)可以分別得到TC=25℃、TC=100℃的最大功耗。


可以看到,數(shù)據(jù)表中,TC=25℃時(shí),PD=110W,因此,計(jì)算結(jié)果是相符的。數(shù)據(jù)表中也列出了由公式(1)計(jì)算得到的TC和器件最大功耗PD關(guān)系,如圖1所示。


圖1:TC和最大功耗PD關(guān)系

?

數(shù)據(jù)表中,TJ=175℃時(shí),VCE(sat)=1.8V,由公式(3)分別計(jì)算TC=25℃、TC=100℃的最大連續(xù)集電極電流IC。



數(shù)據(jù)表中,TC=25℃、TC=100℃的最大連續(xù)集電極電流IC,分別為24A、18A,因此,最大連續(xù)集電極電流IC的計(jì)算結(jié)果和數(shù)據(jù)表中的結(jié)果完全不一致,那么問(wèn)題在哪?很明顯,是集電極發(fā)射極的飽和壓降VCE(sat)的選擇出了問(wèn)題。

?

數(shù)據(jù)表中,TJ=25℃、TJ=175℃的VCE(sat),測(cè)試的條件是VGE=15V,IC=10A。


?

因此,使用數(shù)據(jù)表中IC=10A的集電極發(fā)射極的飽和壓降VCE(sat),來(lái)計(jì)算最大連續(xù)集電極電流IC,是不正確的。因?yàn)镮GBT的IC不同,飽和壓降VCE(sat)也不同,如圖2所示。


?圖2:TJ和飽和壓降VCE(sat)關(guān)系

?

根據(jù)數(shù)據(jù)表的圖2、圖3、圖4可以得到:

當(dāng)VGE=15V,IC=10A,TJ=25℃時(shí),VCE(sat)=1.5V

當(dāng)VGE=15V,IC=10A,TJ=175℃時(shí),VCE(sat)=1.8V


圖3:TJ=25℃, IC和VCE關(guān)系


圖4:TJ=175℃, IC和VCE關(guān)系

?

那么,如何確定最大連續(xù)集電極電流IC,所對(duì)應(yīng)的集電極發(fā)射極的飽和壓降VCE(sat)呢?

?

最大連續(xù)集電極電流IC的邊界限制條件是TJ=175℃,圖4就是TJ?=175℃時(shí),ICVCE的關(guān)系,就可以用圖4中曲線左邊的飽和區(qū)來(lái)確定:當(dāng)VGE=15V時(shí),最大連續(xù)集電極電流IC,所對(duì)應(yīng)的集電極發(fā)射極的飽和壓降VCE(sat)。


在圖4中,把VGE=15V的曲線左邊的飽和區(qū)做線性化處理,如圖5所示,直線的斜率為(VCE作為縱坐標(biāo)Y軸)

(4)


?圖5:TJ?=175℃,VGE=15V,IC和VCE關(guān)系

?

當(dāng)VGE=15V,VCE和IC關(guān)系(直線)表達(dá)式為:

(5)

?

聯(lián)立公式(3),得到:

(6)

?

求得:

(7)

?

由圖5,可以得到:VCE0=0.8V,R=0.122,由公式(7)分別計(jì)算TC=25℃、TC=100℃的最大連續(xù)集電極電流IC。


?

數(shù)據(jù)表?TC=25℃、TC=100℃的最大連續(xù)集電極電流IC分別為24A、18A,計(jì)算結(jié)果和數(shù)據(jù)表的值非常接近。上述計(jì)算誤差的原因可能在于:(1)數(shù)據(jù)表中電流值,計(jì)算時(shí)熱阻可能使用典型值;(2)基于圖5的求解,具有一定誤差,數(shù)據(jù)表基于輸出特性實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù),計(jì)算然后進(jìn)行校正,結(jié)果更為準(zhǔn)確


由圖5可知:當(dāng)VGE的電壓不同,IC也會(huì)不同。數(shù)據(jù)表中也列出了?TC和IC的關(guān)系曲線,它們不是線性的關(guān)系,。


圖6:IC和TC的關(guān)系


實(shí)際應(yīng)用中,這個(gè)電流還應(yīng)該受到封裝限制,封裝限制通常是指連接線的電流處理能力,導(dǎo)線直徑對(duì)于流過(guò)的電流也有一定的限制。封裝限制的集電極連續(xù)電流,通常小于上述計(jì)算的電流。對(duì)于額定的連接線的電流限制,常用方法是基于連接線的熔化溫度,可以參考下面的文章。

功率MOSFET鋁接合線的連續(xù)電流實(shí)驗(yàn)

功率MOSFET連續(xù)漏極電流額定值接合線限制


因此,IGBT數(shù)據(jù)表中的最大連續(xù)集電極電流IC,是基于最大結(jié)溫TJ、銅皮殼溫TC、器件熱阻RthJC的計(jì)算值,和實(shí)際測(cè)量值相差非常大,使用中只能供參考。


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