 工程师们在选型IGBT模块时，无一例外要看datasheet，那么规格书中标注的哪些参数需要重点关注？这些参数代表什么意义？对功率驱动的设计有什么帮助呢？本期就跟大家一起来讨论这个东西。以当下车规级IGBT常用的六合一模块为例，规格书中的参数可以分为两大类：静态参数和动态参数，需要特别注意的是，区分开这些参数代表芯片还是模块很重要，举个例子，手册中给出的Vcesat一般是芯片值，不包含导线压降，而实际测试中往往把导线压降一起测进去。正所谓由浅入深，今天先讨论静态参数！一、 VCES：集电极-发射极阻断电压 在可使用的结温范围内栅极-发射极短路状态下，允许的断态集电极-发射极最高电压。手册里VCES是规定在25°C结温条件下，随着结温的降低VCES也会有所降低。降低幅度与温度变化的关系可由下式近似描述：  . 给出的是25℃结温条件下的VCES，随着温度的降低，该值会有所降低，datasheet中一般会给出VCES随温度变化的曲线：  Collector-emitter voltage of the IGBT 由于模块内部杂散电感，模块主端子与辅助端子的电压差值为  ，由于内部及外部杂散电感，VCES在IGBT关断的时候最容易被超过。VCES在任何条件下都不允许超出，否则IGBT就有可能被击穿。· 二、 Ptot：最大允许功耗 · 在Tc=25°C条件下，每个IGBT开关的最大允许功率损耗，及通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率。Ptot可由下面公式获得：  。 其中△T=Tvj-Tc Tips：通过IC nom和Ptot的概念可以看出，定义电流和功率时不得不考虑的因素是温度，因此在实际应用中，衡量器件通流能力仅参考规格书是远远不够的，要结合使用环境的散热条件，综合评估器件能力。 Maximum rating for Ptot 二极管所允许的最大功耗可由相同的方法计算获得。 · 三、 IC nom：集电极直流电流 在可使用的结温范围内流过集电极-发射极的最大直流电流。根据最大耗散功率的定义，可以由Ptot的公式计算最大允许集电极电流。因而为了给出一个模块的额定电流，必须指定对应的结和外壳的温度，如下图所示。请注意，没有规定温度条件下的额定电流是没有意义的。   在上式中Ic及VCEsat 、Ic都是未知量，不过可以在一些迭代中获得。考虑到器件的容差，为了计算集电极额定直流电流，可以用VCEsat的最大值计算。  计算结果一般会高于手册值，所有该参数的值均为整数。该参数仅仅代表IGBT的直流行为，可作为选择IGBT的参考，但不能作为一个衡量标准。需 要特别注意：上边参数只是衡量IGBT通直流能力，仅作为选型参考，因为IGBT一般的工作状态为持续开关，而不是持续直流。因此，考虑IGBT的开关状态输出能力时，须综合考虑开关损耗、导通损耗、热阻参数、允许最大结温等。 四、 ICRM：可重复的集电极峰值电流 最大允许的集电极峰值电流（Tj≤150°C），IGBT在短时间内可以超过额定电流。手册里定义为规定的脉冲条件下可重复集电极峰值电流，如下图所示。理论上，如果定义了过电流持续时间，该值可由允许耗散功耗及瞬时热阻Zth计算获得。然而这个理论值并没有考虑到绑定线、母排、电气连接器的限制。因此，数据手册的值相比较理论计算值很低，但是，它是综合考虑功率模块的实际限制规定的安全工作区。  理论上，该值可以根据定义的过电流持续时间、允许耗散功率和瞬态热阻Zth计算获得，但是，理论计算值并没有把绑定线、母排和电气连接的影响考虑在内（主要是杂散电感的影响），因此，手册给出的数值比计算的理论值要低很多，它是综合考虑功率模块的实际限制规定的安全工作区，如下图：  五、 RBSOA：反偏安全工作区 该参数描述了功率模块的IGBT在关断时的安全工作条件。如果工作期间允许的最大结温不被超过，IGBT芯片在规定的阻断电压下可驱使两倍的额定电流。由于模块内部杂散电感，模块安全工作区被限定，如下图所示。随着交换电流的增加，允许的集电极-发射极电压需要降额。此外，电压的降额很大程度上依赖于系统的相关参数，诸如DC-Link的杂散电感以及开关转换过程换流速度。对于该安全工作区，假定采用理想的DC-Link电容器，换流速度为规定的栅极电阻及栅极驱动电压条件下获得。  · 六、 Isc：短路电流 短路电流为典型值，在应用中，短路时间不能超过10uS。IGBT的短路特性是在最大允许运行结温下测得。 下图中的短路电流分别是在25℃和最大允许结温175℃的条件下测得，可以认为是IGBT的短路安全工作区。 说明：Tvj=175℃，下表条件下，施加宽度3us的脉冲，IGBT电流约达到3900A，这样的测试是安全可重复的。  IGBT的短路特性对应用参数依赖较高，例如温度、杂散电感、短路路径阻抗以及驱动电路等，下图是典型的短路测试波形  解读： 1、短路时电流迅速上升，斜率取决于母线电压和线路杂散电感； 2、短路电流达到数倍额定电流水平时不再上升，IGBT进入退饱和状态，Vce电压处于高水平； 3、此时IGBT芯片功耗很大，温度急速上升，电流会随之略有减小； 4、在规定的管段时间tsc内，必须关闭IGBT，否则极易烧坏。 七、 VCEsat：集电极-发射极饱和电压 规定条件下，流过指定的集电极电流时集电极与发射极电压的饱和值（IGBT在导通状态下的电压降）。  VCEsat随着集电极电流的增加而增加，随着Vge增加而减少。Vge不推荐使用太小的值，会增加IGBT的导通及开关损耗。 VCEsat可用来计算IGBT的导通损耗，如下式描述，切线的点应尽量靠近工作点。  对于SPWM控制方式，导通损耗可由下式获得：  该值主要对导通损耗有较大的影响 · Vge固定，不同Tvj下Ic与Vce之间转换关系  可以看出，一定电流以内（红框），Vcesat呈负温度系数特性，超过该电流，Vcesat呈正温度系数特性，因此，负载较大时正温度系数特性有利于IGBT的并联应用 温度Tvj固定，不同Vge下Ic与Vce之间转换关系  很容易看出，随着Vge的增大，Vcesat呈减小的趋势。因此，在实际使用中，不推荐使用太小的Vge，会显著增加IGBT的导通损耗和开关损耗值。 八、 写在最后 静态参数暂时就说到这里，后边将会不定期的分享大家比较关注的动态参数，包含栅极电阻、栅极电容、寄生电容、门极电荷、开关时间特性、开关损耗等；当然，如果有志同道合的朋友需要交流学习往期内容， |
