IGBT短路特性
英飞凌IGBT模块开关状态下最高工作结温一般是150度,而IGBT7短时过载情况下的最高工作结温可达175度。那么IGBT模块一辈子都可以生活在这样的舒适区享受人生吗?
不!模块出生后2年内必然要走上社会。在装上整机踏上社会的一刻,往往要经历短路试验这一关。IGBT的底气不足或系统保护不给力,就会夭折。
IGBT在十年甚至几十年的开关高压大电流的生涯中,被短路是难免的,不幸可能是来自系统和外部干扰,甚至是人为操作失误。
IGBT是允许短路的,完全有这样的底气,EconoDUAL™3 FF600R12ME4 600A 1200V的数据手册是这样描述短路能力的,在驱动电压不超过15V时,短路电流典型值是2400A,只要在10us内成功关断短路电流,器件不会损坏。注意,短路标定的起始温度是150度,那么短路过程中的结温会飙到多高呢?
冷知识1号
二级管发生浪涌时会超过最高工作结温吗?
为了理解IGBT短路时的温度,先研究一下二极管的浪涌电流,我们一起来读一段Lutz老师的《功率半导体器件-原理、特性和可靠性》一书,他阐述了快恢复二级管浪涌电流下的芯片内部的温度。
书中有个有趣的例子,这是1200V快恢复二极管,面积49mm²,焊在0.63mm DCB上,浪涌电流宽度7.5ms,峰值功率3060W,这时n-有源层温度高达385度,这还在破坏极限以下,(FRD的浪涌电流是额定电流的10-12倍),对半导体本身还不会产生不可逆转的改变,但芯片焊料层的温度也达到186度,这已经很边界了,可能会造成封装的不可逆转的改变,所以说浪涌电流容量适用于非正常过载事件,而不是功率半导体正常工作状态。
浪涌电流和电压波形
仿真的温度(Si aktiv硅有源区)
冷知识2号
IGBT短路时的温度知多少
在英飞凌早年的文章找到短路时的温度仿真曲线,比较了IGBT2 NPT和IGBT3短路时的温度,可以看到短路起始温度Tvj=175度时,短路时的最高温度360度和461度之高。
那么温度是怎么分布的呢?
看图说话
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