IGBT基本参数详解

1、第一部分 IGBT模块静态参数1，VCES：集射极阻断电压在可使用的结温范围内，栅极和发射极短路状况下，集射极最高电压。手册里一般为25下的数据，随着结温的降低，VCES会逐渐降低。由于模块内外部的杂散电感，IGBT在关断时VCES最容易超过限值。2，Ptot：最大允许功耗在25时，IGBT开关的最大允许功率损耗，即通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率。Ptot=(TVj- TC)/Rthjc其中，TVj为结温，TC为环境温度。二极管的最大功耗可以用同样的公式获得。在这里，顺便解释下这几个热阻，Rthjc 结到壳的热阻抗，乘以发热量获得结与壳的温差；Rthja芯片热源到周围空气的总热阻抗，乘以

2、发热量获得器件温升；Rthjb芯片结与PCB间的热阻抗，乘以单板散热量获得与单板的温差。3，Ic nom 集电极直流电流在可以使用的结温范围流集射极的最大直流电流。根据最大耗散功率的定义，可以由最大耗散功率算出该值。所以给出一个额定电流，必须给出对应的结和外壳的温度。 Ic nom = (TVj- TC)/(Rthjc*VCEsat)4，Icrm 可重复的集电极峰值电流规定的脉冲条件下，可重复的集电极峰值电流。5，RBSOA，反偏安全工作区IGBT关断时的安全工作条件。如果工作期间的最大结温不被超过，IGBT在规定的阻断电压下可以驱使两倍的额定电流。6，ISC 短路电流短路时间不超过10us。

3、请注意，在双脉冲测试中，上管GE之间如果没有短路或负偏压，就很容易引起下管开通时，上管误导通，从而导致短路。7，VCESat 集射极导通饱和电压VCESat在额定电流条件下给出，Infineon的IGBT都具有正温度效应，适宜于并联。VCESat随集电极电流增加而增加，随着Vge增加而减小。VCESat可用于计算导通损耗。根据IGBT的传输特性，VCE= VT0+RCE×ICRCE= VCEIC计算时，切线的点尽量靠近工作点。对于SPWM方式，导通损耗由下式获得，P= 12VT0*IP+RCE*IP4+m*cos*(VT0*IP8+13RCE*IP2)M为调制因数；IP为输出峰值电流

4、；cos为功率因数。第二部分 IGBT模块动态参数1，RGINT模块内部栅极电阻为了实现模块内部芯片的均流，模块内部集成了栅极电阻，该电阻值常被当成总的驱动电阻的一部分计算IGBT驱动器的峰值电流能力。2，RGext外部栅极电阻数据手册中往往给出的是最小推荐值，可以通过以下电路实现不同的RGon 和RGoff。IGBT驱动器需达到的理论峰值计算如下，Ig peak = VGEon- VGEoffRGext+ RGINT最小的RGon由开通di/dt限制，最小的RGoff由关断du/dt限制，栅极电阻太小容易导致震荡甚至器件损坏。3，Cge外部栅极电阻高压IGBT一般推荐Cge以降低栅极导通速度

5、。4，IGBT寄生电容参数输入电容Cies及反馈电容Cres（米勒电容）是衡量栅极驱动电路的根本要素，输出电容COSS限制开关转换过程的dv/dt，COSS造成的损耗一般可以忽略。Cies= CGE+CGCCres= CGCCOSS=CGC+CEC CGE随着VCE变化近似为常量，而CCE随着VCE增大而减小。接下来深度剖析一下米勒效应IGBT的输入电容，Cies= CGE+CGC其中CGE由栅极和发射极之间绝缘介质决定，是恒定常数；CGC= Cox+Cdep，Cox为栅极、集电极电容，由栅极和基区之间绝缘介质决定，为常数；Cdep为耗尽层电容，与耗尽层宽度有关，决定于VCE。在开通过程中，集

6、电极电压VCE逐渐降低，耗尽层宽度降低，Cdep增大；当耗尽层消失，Cdep将变为无穷大，此时虽然VGE(on)为CGC充电，但CGE却几乎没有电流（CGE属于并联大电阻），VGE变化很小，即为米勒效应。因为Cox、Cdep串联，所以米勒电容CresCox。上述的Cres即为米勒电容，当IGBT在开关时，会由于寄生米勒电容而产生米勒平台，即米勒效应。米勒效应在单电源门极驱动的应用中影响非常明显，基于G、C间的耦合，IGBT关断瞬间会产生很高的瞬态du/dt，从而引发VGE升高而导通。如下图所示，当上管关断时，产生du/dt加到下管的米勒电容上，就会产生较大的电流，这个电流流经下管的驱动电路，使

7、下管VGE升高导致下管误导通。减缓米勒效应的办法，（1）独立的门极开通和关断电阻通过减小RGoff可以抑制上述现象，但代价是可能引起震荡和二极管击穿。（2）通过在G、E间增加电容吸收米勒电容的电流，想想都不靠谱！（3）增加负向偏压（显然是一种很有效的方法，不解释）。（4）有源钳位（实际上就是短路）5，QG栅极充电电荷可用来优化栅极驱动电路设计，驱动电流的平均值， 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，开关损耗

8、这些参数强烈地依赖于栅极驱动电路、电路布局、栅极电阻、母线电压和电流等。7，结温、热阻和温升（1）结温是处于电子设备中实际半导体芯片的温度，通常高于外壳温度和器件表面温度，结温可以用以下公式来估计，Tvj=TC+(Rthja*P) （2）热阻，热量在热流路径上遇到的阻力，表明1W热量引起的温升大小，单位/W，或k/W。用一个简单的类比可以更好地解释热阻，热量相当于电流，温差相当于电压，则热阻相当于电阻。热阻有如下公式成立，TCmax=Tvj-(Rthjc*P)上式是在假设散热片足够大且接触良好的情况下成立的，否则还应写成，TCmax=Tvj-(Rthjc+Rthcs+Rthsa)*PRthcs

9、表示壳到散热片的热阻，Rthsa表示散热片到周围环境的热阻，当散热片面积足够大时可以认为其与环境之间的热阻为0，温度一样。参照以下例子使用热阻，IHW40N120R3数据手册中给出25下耗散功率429W，而Rthjc=0.35K/W，Tvj=429*0.35+25175（3）瞬态热阻抗zth与热阻Rth热阻描述了IGBT在稳定状态下的热行为，而热阻抗描述了IGBT瞬态或者短脉冲下的热行为。大部分IGBT实际应用是以一定的占空比进行开关动作，这种条件下，需要热阻加热容的方法描述其等效电路。以一定占空比（D）的连续脉冲工作状态下的瞬态热阻，Sthjc(t)为单个脉冲瞬态热阻。zthjct=Rthj

10、c1-e-t =Rthjc·Cthjc ztht=RthjcD+1-DSthjc(t) Ci= iRi第三部分 静态特性1，静态直流特性（1）阻断特性（blocking capability） 这个特性用以下两个参数进行表示，VBRces 集射极击穿电压 和 Ices漏电流，但因为测试漏电流更加安全，所以常常测试漏电流来表征该特性。（2）输出特性（transfer characteristics）采用curve tracer进行测试。（3）通态电阻 （on-state resistance）从输出特性曲线上进行读取，如下图所示，为给定电流Ic和给定电压Vce下的电阻。（4）体二极管的传输