【導讀】IGBT是大家常用的開(kāi)關(guān)功率器件，本文基于英飛凌單管IGBT的數據手冊，對手冊中的一些關(guān)鍵參數和圖表進(jìn)行解釋說(shuō)明，用戶(hù)可以了解各參數的背景信息，以便合理地使用IGBT。

英飛凌的IGBT數據手冊通常包含以下內容：

1. 封面，包括器件編號，IGBT技術(shù)的簡(jiǎn)短描述，如果是帶共封裝續流二極管的器件，數據手冊也會(huì )包括二極管的功能，關(guān)鍵參數，應用以及基本的封裝信息。

2. 最大額定電氣參數和IGBT熱阻/二極管熱阻

3. 室溫下的電氣特性，包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數

4. 25°C和150°C或175°C時(shí)的開(kāi)關(guān)特性

5. 電氣特性圖表

6. 封裝圖

7. 關(guān)鍵參數的定義圖

8. 修訂歷史

1.英飛凌IGBT的命名

參考已有公眾號文章《英飛凌IGBT單管命名規則》

2.最大額定值

集電極-發(fā)射極電壓V_CE

該值定義了基于IGBT大規模生產(chǎn)的統計分布的最低擊穿電壓極限。此外，它定義了在結溫為25℃時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，超過(guò)這個(gè)極限就會(huì )導致器件的壽命縮短或器件失效。一般來(lái)說(shuō)該值隨結溫的降低而降低。該值也可由數據手冊靜態(tài)特性部分規定的參數ICES來(lái)驗證。

集電極直流電流I_C

I_C定義為集電極-發(fā)射極直流電流值，在起始殼溫T_C（通常為25°C或100°C）時(shí)，通流并導致IGBT達到最大結溫T_vjmax。T_C=100°C時(shí)的數值通常被用作器件的額定電流和器件的名稱(chēng)。

I_C由下述公式得到：

參考《IGBT的電流是如何定義的》

集電極瞬態(tài)電流I_Cplus

I_Cplus被定義為開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)的最大瞬態(tài)電流。理論上，它受到特定時(shí)間內的功率耗散的限制，這使得器件可以在T_jmax≤175°C的最大結溫限制內運行。然而，還有一些其他的限制，例如鍵合線(xiàn)配置、可靠性考慮以及避免IGBT閂鎖的余量。對于最近推出的IGBT，它的瞬態(tài)電流通常是額定電流的3~4倍，以保持高水平的可靠性以及使用壽命。

此外，這個(gè)值也定義了SOA中的電流限制。

共封裝續流二極管電流IF和瞬態(tài)電流I_Fplus

與集電極瞬態(tài)電流I_Cplus和集電極瞬態(tài)電流I_Cplus的定義相同，用于定義共封裝續流二極管正向持續電流I_F和二極管瞬態(tài)電流I_Fplus

柵極-發(fā)射極電壓V_GE

該參數定義了最大的柵極電壓。第一種是靜態(tài)電壓，對應的是在不損壞器件本身的情況下連續工作的柵極電壓最大值。第二種為瞬態(tài)電壓，對應于瞬態(tài)運行時(shí)的最大值，可以應用在柵極上而不引起損壞或退化。如果柵極上的電壓應力意外地高于指定值，可能會(huì )立即發(fā)生故障，也可能導致柵極氧化物退化，從而引起后續的故障。

耗散功率P_tot

P_tot描述了器件允許的最大功率耗散，與IGBT的芯片結到外殼的熱阻相關(guān)，可以通過(guò)下述公式計算：

?T定義為芯片結到外殼的溫度差，?T=T_vjmax-T_C

運行結溫T_vj

這個(gè)參數對設計極為重要。盡管一旦超過(guò)極限，器件可能不會(huì )立即失效，但將導致器件的退化和使用壽命的縮短。

熱阻R_th(j-c) 

熱阻表征了功率半導體在穩定狀態(tài)下的熱行為。相應地，瞬態(tài)熱阻抗Z_th(j-c)描述了器件在瞬態(tài)下的熱行為。IGBT/二極管的外殼被定義為整個(gè)器件的引線(xiàn)框架。FullPAK封裝器件，中間的引腳被視為外殼。數據手冊中所述的最大值考慮到了大規模生產(chǎn)時(shí)的公差，在產(chǎn)品設計時(shí)，需要使用該數值。

芯片結到外殼的熱阻R_th(j-c)是確定半導體器件熱行為的一個(gè)關(guān)鍵參數。然而，在任何設計中，將一個(gè)產(chǎn)品的熱阻值同另一個(gè)產(chǎn)品的熱阻值直接比較是不夠的。如下圖所示，在電源系統的熱耗散路徑中，芯片結到環(huán)境的熱阻R_th(j-a)起著(zhù)最重要的作用，因為它決定了工作條件下的熱限制。它由外殼到環(huán)境的熱阻R_th(c-h)+R_th(h-a)和從結到外殼的熱阻R_th(j-c)組成。在大多數情況下，熱界面材料、絕緣墊片和散熱器的熱阻在R_th(j-a)中占主導地位。對于IKW40N65H5，R_th(j-c)最大值為0.6K/W。典型的熱界面材料（TIM）和絕緣墊片的熱阻值可能低至1K/W，而散熱器對環(huán)境的熱阻可能從強制通風(fēng)的1K/W到不通風(fēng)的幾十K/W。因此，與總的R_th(j-a)相比，R_th(j-c)的影響只在個(gè)位數百分比到幾十個(gè)百分比之間。

3. 靜態(tài)特性

集電極-發(fā)射極擊穿電壓V_(BR)CES

該參數定義了特定漏電流下的最小擊穿電壓。本例以IKW40N65H5為例，定義V_(BR)CES時(shí)使用的漏電流I_C=0.2mA，不同的芯片尺寸以及不同的IGBT技術(shù)標定時(shí)使用的漏電流都有所不同。集電極-發(fā)射極擊穿電壓隨芯片結溫變化。通常，對于大多數英飛凌IGBT產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)正的溫度系數。

集電極-發(fā)射極飽和電壓V_CEsat

V_CEsat代表額定電流流過(guò)IGBT時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的電壓降。它通常在15V柵極電壓以及幾個(gè)不同芯片結溫下定義。

一般英飛凌最新的IGBT，V_CEsat顯示出正的溫度系數，這樣的特性有利于IGBT在高功率應用中的并聯(lián)，電流會(huì )在并聯(lián)器件之間自動(dòng)均流。

●   二極管正向電壓V_F

二極管正向電壓V_F是指二極管在導通模式下的電壓降。在數據手冊的圖表中，給出了典型的V_F與溫度的關(guān)系，如下圖所示。請注意，二極管在額定電流下，通常具有輕微的負溫度系數的特點(diǎn)。

●   柵極-發(fā)射極閾值電壓V_GE(th)

該參數表示可以啟動(dòng)集電極到發(fā)射極電流的最小柵極電壓。一般來(lái)說(shuō)，該電壓隨著(zhù)芯片結溫的升高而降低，這意味著(zhù)V_GE(th)擁有負溫度系數，在并聯(lián)使用時(shí)，需要仔細考慮這一點(diǎn)。

漏電流I_CES和I_GES

這些參數表示集電極和發(fā)射極之間的漏電流（I_CES)和柵極和發(fā)射極之間的漏電流(I_GES)的上限。它們通常由技術(shù)、生產(chǎn)和工藝決定。I_CES與擊穿電壓相關(guān)。當器件處于關(guān)斷模式，在集電極和發(fā)射極之間施加電壓時(shí)，I_CES在IGBT中流過(guò)，它引入了靜態(tài)損耗。為了減少這些損耗的影響，I_CES必須盡可能地保持低，低漏電流值也有助于提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

跨導gfS

跨導gfS代表了根據柵極電壓變化而產(chǎn)生的電流變化。如下圖所示，在50A的集電極電流和175°C的Tvj溫度條件下，綠色線(xiàn)的斜率正好是跨導21。

未完待續，動(dòng)態(tài)特性及開(kāi)關(guān)特性敬請期待下篇。

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