不同殼溫下SOA曲線(xiàn)的計(jì)算方法

安全工作區(qū)(SOA)定義為IGBT可以預(yù)期在沒(méi)有自損壞或退化的情況下工作的電流和電壓條件，分為正向偏置和反向偏置安全工作區(qū)（FBSOA和RBSOA）。正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)定義了IGBT開(kāi)啟期間的可用電流和電壓條件。反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)定義了IGBT關(guān)斷期間的可用電流和電壓條件。在實(shí)踐中，SOA曲線(xiàn)是工程師的重要參考之一。工程師必須考慮到所有的極限工況，同時(shí)保證器件的工作時(shí)的參數(shù)都在SOA之內(nèi)。不僅需要在安全工作區(qū)域內(nèi)使用IGBT，而且還需要控制器件的工作溫度。

下圖是英飛凌明星產(chǎn)品IKW30N60H3的FBSOA曲線(xiàn)：

其中SOA右邊框?yàn)镮GBT耐壓限制(藍(lán)色)，上邊框是最大安全關(guān)斷電流限制(紅色)：

根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書(shū)最大參數(shù)一欄，右邊框?qū)?yīng)耐壓600V，上邊框?qū)?yīng)最大安全關(guān)斷電流120A：

注意曲線(xiàn)下方紅圈內(nèi)標(biāo)注的測(cè)試條件: D=0,Tc=25℃,Tj<=175℃,VGE=15v,表明驅(qū)動(dòng)電壓15V，單脈沖條件下，器件殼溫25℃同時(shí)時(shí)最高結(jié)溫限制在175℃以?xún)?nèi)。這是一個(gè)非常常見(jiàn)的測(cè)試條件，但是很多工程師會(huì)針對(duì)Tc=25℃的設(shè)定疑惑不解。因?yàn)榇蟛糠止ぷ鳁l件下，器件殼溫不可能保持在25℃，那么不同殼溫下，如果得到我們需要的SOA曲線(xiàn)？下面介紹一種計(jì)算方法供大家參考。

我們把IGBT殼溫設(shè)定在100℃，這是實(shí)際應(yīng)用中很常見(jiàn)的殼溫，其他參考條件不變，針對(duì)10us單脈沖這條曲線(xiàn)我們展開(kāi)計(jì)算。

首先我們?cè)谒矐B(tài)熱阻表中找到10us脈寬單脈沖對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)熱阻：Zth=0.0125K/W

殼溫100℃下對(duì)應(yīng)Tj=175℃下溫升：

?T=175℃-100℃=75℃

計(jì)算對(duì)應(yīng)損耗：

我們可以根據(jù)SOA曲線(xiàn)的邊框分別計(jì)算對(duì)應(yīng)的極限電流和電壓。

Vce=600V時(shí)對(duì)應(yīng)極限電流：

Ic=120A時(shí)對(duì)應(yīng)極限Vce:

我們分別在SOA曲線(xiàn)邊框找到50V和10A這兩個(gè)點(diǎn)，如下圖：

將這兩個(gè)點(diǎn)連起來(lái)就得到殼溫100℃下10us脈沖對(duì)應(yīng)的SOA曲線(xiàn)：

使用同樣的計(jì)算方法可以得到其他對(duì)應(yīng)的單脈沖限制曲線(xiàn)，如下如：

通過(guò)以上計(jì)算過(guò)程可以看到，SOA曲線(xiàn)其實(shí)是受最高結(jié)溫，瞬態(tài)熱阻，殼溫等多個(gè)因素限制，原廠(chǎng)規(guī)格書(shū)往往只會(huì)給出特定殼溫下的SOA曲線(xiàn)。當(dāng)殼溫升高時(shí)，對(duì)應(yīng)的SOA曲線(xiàn)會(huì)下移，相應(yīng)的安全工作區(qū)也會(huì)變小，實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到這一點(diǎn)，針對(duì)實(shí)際工作運(yùn)行中的殼溫做相應(yīng)的調(diào)整。

作者：邱玉強(qiáng)

來(lái)源：英飛凌