電子電路|IGBT特性曲線詳細(xì)分析-KIA MOS管

IGBT特性曲線解讀

通態(tài)特性

通態(tài)壓降：隨著IGBT器件技術(shù)的發(fā)展,IGBT的通態(tài)壓降越來(lái)越小，從而使其電流密度越來(lái)越高。

但是注意，器件給出的通態(tài)飽和壓降是有一定條件的。如GA75TS60U,其飽和壓降最大為1.7V,是在Vge=15V,Ic=75A,Tj=25℃條件下得到的。此時(shí)器件的通態(tài)損耗是:

IGBT特性曲線

IGBT特性曲線：可見Vce(on)在實(shí)際應(yīng)用中是個(gè)變量,從而使得器件損耗不同。其值與集電極電流Ic,器件結(jié)溫Tj,以及柵極電壓有關(guān)。請(qǐng)參看圖2、圖3、圖5。負(fù)載電流與頻率的關(guān)系曲線見圖1。

通態(tài)電流

通常廠家給出器件外殼溫度為環(huán)境溫度時(shí)的最大連續(xù)集電極電流,即Tc=25℃時(shí)，Ic電流。如CA75TS60U,其在25℃時(shí)的最大連續(xù)集電極電流為75A,但當(dāng)器件殼溫升至100℃時(shí),其最大連續(xù)集電極電流降至60A,參看圖4。

器件通過電流能力取決于最終器件結(jié)溫是否超過器件所允許的最大結(jié)溫。為了簡(jiǎn)化,不考慮接觸熱阻,則結(jié)到環(huán)境的熱阻為:

IGBT特性曲線

式中 Pd為器件的損耗,包括通態(tài)損耗和開關(guān)損耗。

IGBT特性曲線

由式(5)知,器件通流能力與器件熱阻、散熱器熱阻、功耗以及環(huán)境溫度有關(guān),參見圖6。

器件功耗由通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗、開通損耗和關(guān)斷損耗組成。通態(tài)損耗前面已經(jīng)講過，斷態(tài)損耗可以忽略，開通損耗和關(guān)斷損耗則與器件開關(guān)速度、驅(qū)動(dòng)器能力、開關(guān)電流、開關(guān)電壓和開關(guān)頻率有關(guān)。與功率場(chǎng)效應(yīng)管相比, IGBT的開關(guān)速度相對(duì)較慢,其開關(guān)損耗占總損耗的50% ~70%。

IGBT特性曲線

IGBT特性曲線：參見圖1，在電路結(jié)構(gòu)、器件開關(guān)電壓、電流和結(jié)殼溫差一定的條件下，器件所通電流的有效值隨開關(guān)頻率的增加而減小。如果要求結(jié)殼溫差更小，則電流有效值降低。

即隨著開關(guān)頻率的增加，開關(guān)損耗也增加，引起結(jié)溫升高。為了保持結(jié)溫不變，必須降低開關(guān)電流。

可見，不能簡(jiǎn)單地定義IGBT模塊能通多大的電流。如果在設(shè)計(jì)中選擇了1個(gè)開關(guān)速度快、通態(tài)壓降小、芯片面積大的IGBT模塊，用于較小的電流下運(yùn)行，從傳統(tǒng)的電流定義看，似乎損失較大，但你將得到的是低的功率損耗、小的散熱器體積(同樣結(jié)溫下)、低的運(yùn)行溫度和高可靠性(同樣散熱器下)。因此，應(yīng)靈活使用IGBT模塊和綜合評(píng)價(jià)一個(gè)設(shè)計(jì)的好壞。