正确理解IGBT模块规格书参数

本文将阐述IGBT模块手册所规定的主要技术指标，包括电流参数、电压参数、开关参数、二极管参数及热学参数，使大家正确的理解IGBT模块规格书，为器件选型提供依据。本文所用参数数据以英飞凌IGBT模块FF450R17ME3 为例。

一、电流参数

1. 额定电流（IC nom）

大功率IGBT模块一般是由内部并联若干IGBT芯片构成，FF450R17ME3内部是3个150A芯片并联，所以标称值为450A

额定电流可以用以下公式估算：

Tjmax–TC= VCEsat·IC nom·RthJC

VCEsat 是IC nom的函数，见规格书后图1，采用线性近似VCEsat=(IC nom+287)/310

Tjmax=150℃,TC=80℃,RthJC =0.055K/W

计算得：IC nom=500A

2. 脉冲电流（Icrm 和Irbsoa）

Icrm是可重复的开通脉冲电流（1ms仅是测试条件，实际值取决于散热情况）

Irbsoa 是IGBT可以关断的最大电流

所有模块的的Icrm和Irbsoa都是2倍额定电流值

3. 短路电流ISC

短路条件:t<10μs,Vge<15V,Rg>Rgnom(规格书中的值)，Tj<125℃

短路坚固性

ØIGBT2为平面栅IGBT:5-8倍IC

ØIGBT3/IGBT4为沟槽栅IGBT:4倍IC

二、电压参数

1. 集电极-发射极阻断电压Vces

测量Vces时，G/E两极必须短路

Vces为IGBT模块所能承受的最大电压，在任何时候CE间电压都不能超过这一数值，否则将造成去器件击穿损坏

Vces和短路电流ISC一起构成了IGBT模块的安全工作区：RBSOA图

由于模块内部寄生电感△V=di/dt*Lin 在动态情况下，模块耐压和芯片耐压有所区别

2. 饱和压降VCEsat

IFX IGBT的VCEsat随温度的升高而增大，称为VCEsat具有正温度系数，利于芯片之间实现均流

VCEsat 是IC的正向函数，随增大而增大IC

VCEsat的变化

VCEsat随IC的增大而增大

VCEsat随VG的减小而增大

VCEsat 值可用来计算导通损耗

对于SPWM 控制, 导通损耗是:

三、开关参数

1. 内部门极电阻RGint

为了实现模块内部芯片的均流，模块内部集成了内部门极电阻。在计算驱动器峰值电流的时候，这个电阻值应算为门极总电阻的一部分。

外部门极电阻是客户设定的，它影响IGBT的开关速度。文章来源：http://www.igbt8.com/jc/156.html

推荐的Rgext最小值在开关参数测试条件中给出客户可以使用不同的和RGon 和RGoff

最小Rgon 受限于开通di/dt，RGoff最小受限于关断dv/dt。RG过小会引起震荡而损坏IGBT

RGext 的取值

IGBT要求的RGext 的最小值

驱动器要求的RGext 的最小值

2. 外部门极电容(CGE)

为了控制高压IGBT的开启速度，推荐使用外部门极电容CGE

有了CGE ，开启过程的di/dt和dv/dt可以被分开控制，即可以用更小的RG ;从而实现了低的开关损耗和较低的开通di/dt

3. 门极电荷(QG)

QG 用来计算驱动所需功率，为VGE 在+/-15V时的典型值

4. Cies, Cres

Cies = CGE + CGC: 输入电容（输出短路） Coss = CGC + CEC:输出电容（输入短路） Cres = CGC: 反向转移电容(米勒电容) 频率f，所需的驱动功率:

5. 开关时间(tdon, tr, tdoff, tf)

开关时间很大程度上受IG(RG)、IC、VGE、Tj等参数影响，这些值可用来计算死区时间。

tPHLmax：驱动输入高到低的延时

tPLHmmin：驱动输入低到高的延时

6. 开关参数(Eon, Eoff)

英飞凌按照“10%-2%”积分限计算开关损耗，而有些其他厂商按照“10%-10%”计算，后者结果比前者会小10 –25%

Eon, Eoff受IC, VCE, 驱动能力(VGE, IG, RG), Tj和分布电感影响我们假设Eon和Eoff 正比于IC,在VCE_test（900V)的20%范围内正比于VCE，则有：

四、二极管参数

1. 阻断电压(VRRM)

类似于VCES at Tj 25℃

2. 额定电流(IF)

3. 脉冲电流(ICRM)

4. 抗浪涌能力(I2t)

这个值定义了二极管的抗浪涌电流的能力，用于选择输入熔断器。熔断器数值应该小于二极管的I2t值，熔断器的熔断速度应该小于10ms，否则应该选择I2t值更大的二极管。我们在125 ℃定义I2t值，在25 ℃下它会大得多，通过I2t值可判断二极管容流能力。文章来源：http://www.igbt8.com/jc/156.html

5. 正向压降(VF)

类似于VCEsat 的定义, 给出了Tj=25℃ 和125℃时的值, 用来计算二极管的导通损耗和普通的二极管不同，一些英飞凌二极管在电流大于一定数值区域显现电压正温度系数， 这有利于二极管均流。

6. 开关参数(IRM, Qr, Erec)

二极管反向恢复受IGBT的开通di/dt, IC, Tj 等因素影响很大Irm 和Qr 仅为测试典型值, Erec 用来计算二极管的开关损耗

7. 二极管SOA

高压模块定义了二极管的安全工作区(SOA)，不仅是峰值电流和电压，还包括峰值功率。瞬时峰值功率一定不能超过安全工作区曲线限定的最大值。

五、热学参数

1. 热阻

2. 每个IGBT的Rth

3. 每个二极管Rth

4. 模块Rth

可以看出内部各器件的热阻之间是并联关系，如果给出每个模块的热阻RthCH, 我们可以计算每个IGBT和二极管的热阻：

5. 瞬态热阻抗(ZthJC)

瞬态热阻抗用来计算瞬时结温Tj，如果IGBT模块有短时的开关动作，则需要用瞬态热阻抗计算其温度分布。

我们把芯片的瞬态热阻抗模型分为四个部分，每部分用一个表达式表示。四部分的系数在规格书中列出。

6. 绝缘测试

除了工业应用的1200V模块，其余所有IGBT模块都通了IEC1287标准的绝缘测试， 1200V模块符合VDE0160/EN50178标准。绝缘测试对模块来说是十分严峻的考验，以上标准规定：如果客户重复绝缘测试，绝缘耐压应降为原耐压值的85%。

高压模块应用基于IEC1287标准的局部放电测试。这确保模块的长期可靠性。

7. 内部分布电感

LsCE 是指模块功率端子间的内部分布电感，不同拓扑结构内部寄生电感的定义如下图：

8. 引线电阻(RCC’+EE’)

这个值是功率端子和芯片间连接引线的阻值，是一个桥臂在Tc = 25℃时的典型值，大功率IGBT模块工作时，该电阻上也会产生相应的功耗，并产生一定的压降。