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不同殼溫下SOA曲線的計算方法

發(fā)布時間:2023-08-23 來源:英飛凌 責任編輯:wenwei

【導讀】安全工作區(qū)(SOA)定義為IGBT可以預期在沒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。在實踐中,SOA曲線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,同時保證器件的工作時的參數(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:


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):


31.png


根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書最大參數(shù)一欄,右邊框?qū)蛪?00V,上邊框?qū)畲蟀踩P(guān)斷電流120A:


1689599860386969.png

33.png


注意曲線下方紅圈內(nèi)標注的測試條件: D=0,Tc=25℃,Tj<=175℃,VGE=15v,表明驅(qū)動電壓15V,單脈沖條件下,器件殼溫25℃同時時最高結(jié)溫限制在175℃以內(nèi)。這是一個非常常見的測試條件,但是很多工程師會針對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?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℃,這是實際應用中很常見的殼溫,其他參考條件不變,針對10us單脈沖這條曲線我們展開計算。


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


34.png


殼溫100℃下對應Tj=175℃下溫升:


?T=175℃-100℃=75℃


計算對應損耗:


1689599814138615.png


我們可以根據(jù)SOA曲線的邊框分別計算對應的極限電流和電壓。


Vce=600V時對應極限電流:


1689599808471201.png


Ic=120A時對應極限Vce:


1689599802428378.png


我們分別在SOA曲線邊框找到50V和10A這兩個點,如下圖:


38.png


將這兩個點連起來就得到殼溫100℃下10us脈沖對應的SOA曲線:


39.png


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,如下如:


40.png


通過以上計算過程可以看到,SOA曲線其實是受最高結(jié)溫,瞬態(tài)熱阻,殼溫等多個因素限制,原廠規(guī)格書往往只會給出特定殼溫下的SOA曲線。當殼溫升高時,對應的SOA曲線會下移,相應的安全工作區(qū)也會變小,實際設計過程中需要考慮到這一點,針對實際工作運行中的殼溫做相應的調(diào)整。


作者:邱玉強

來源:英飛凌



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