不同殼溫下SOA曲線(xiàn)的計算方法

安全工作區(SOA)定義為IGBT可以預期在沒(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（FBSOA和RBSOA）。正向偏置安全工作區(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(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)的參數都在SOA之內。不僅需要在安全工作區域內使用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右邊框為IGBT耐壓限制(藍色)，上邊框是最大安全關(guān)斷電流限制(紅色)：

根據產(chǎn)品規格書(shū)最大參數一欄，右邊框對應耐壓600V，上邊框對應最大安全關(guān)斷電流120A：

注意曲線(xiàn)下方紅圈內標注的測試條件: D=0,Tc=25℃,Tj<=175℃,VGE=15v,表明驅動(dòng)電壓15V，單脈沖條件下，器件殼溫25℃同時(shí)時(shí)最高結溫限制在175℃以?xún)?。這是一個(gè)非常常見(jiàn)的測試條件，但是很多工程師會(huì )針對Tc=25℃的設定疑惑不解。因為大部分工作條件下，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)？下面介紹一種計算方法供大家參考。

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

首先我們在瞬態(tài)熱阻表中找到10us脈寬單脈沖對應的瞬態(tài)熱阻：Zth=0.0125K/W

殼溫100℃下對應Tj=175℃下溫升：

?T=175℃-100℃=75℃

計算對應損耗：

我們可以根據SOA曲線(xiàn)的邊框分別計算對應的極限電流和電壓。

Vce=600V時(shí)對應極限電流：

Ic=120A時(shí)對應極限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脈沖對應的SOA曲線(xiàn)：

使用同樣的計算方法可以得到其他對應的單脈沖限制曲線(xiàn)，如下如：

通過(guò)以上計算過(guò)程可以看到，SOA曲線(xiàn)其實(shí)是受最高結溫，瞬態(tài)熱阻，殼溫等多個(gè)因素限制，原廠(chǎng)規格書(shū)往往只會(huì )給出特定殼溫下的SOA曲線(xiàn)。當殼溫升高時(shí)，對應的SOA曲線(xiàn)會(huì )下移，相應的安全工作區也會(huì )變小，實(shí)際設計過(guò)程中需要考慮到這一點(diǎn)，針對實(shí)際工作運行中的殼溫做相應的調整。

作者：邱玉強

來(lái)源：英飛凌