IGBT主要参数优化分析

1.IGBT的额定值

IGBT能承受的电流、电压、功率等的最大允许值一般被定义为最大额定值。在电路设计时，能否正确地理解和识别最大额定值，对IGBT可靠工作以及最终使用寿命特别重要。

1）短路电流特性。IGBT的短路电流可达额定电流10倍以上，短路电流值由IGBT栅极电压和跨导来决定。正确地控制IGBT的短路电流是IGBT可靠工作的必要保障。

2）感性负载的关断特性。在传动控制系统中，感性负载是常见的负载，当IGBT关断时，加在其上的电压将瞬时由几伏上升到电源电压（在此期间通态电流保持不变），产生很大的dv/dt，这将严重地威胁到IGBT长期工作的可靠性。在电路设计中，通过在栅极驱动电路中增加电阻值可限制和降低关断时的dv/dt。

3）最大栅极发射极电压（V_GE）。栅极电压是由栅极氧化层的厚度和特性所决定的。栅极对发射极的击穿电压一般为80V，为了保证安全，栅极电压通常限制在20V以下。

4）栅极输入电容。IGBT的输入电容特性直接影响到栅极驱动电路的可靠性设计。IGBT作为一种少子导电器件，开关特性受少子的注入和复合以及栅极驱动条件的影响较大。在实践中，考虑到电容的密勒效应，栅极驱动电路的驱动能力应大于手册中的2～3倍。

5）安全工作区特性。少子器件在大电流高电压开关状态工作时，由于电流的不均匀分布，当超过安全工作极限时，经常引起器件损坏。电流分布的方式与di/dt有关，从而安全工作区经常被分为正向安全工作区和反向安全工作区。

IGBT的开关速度高其开关损耗小，在电压1000V以上时，开关损耗只有GTR的1/10，与功率MOSFET相当；相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力；通态压降比功率MOSFET低，特别是在电流较大的区域；输入阻抗高，输入特性与功率MOSFET类似；IGBT与功率MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点。

2.IGBT的技术特性术语

1）I_C为IGBT在25℃和100℃时的连续集电极电流。该参数表示从规定的壳温到额定结温时的集电极直流电流。

2）I_CM为脉冲集电极电流。在温度极限内IGBT的峰值电流可以超过额定的连续直流电流的极限值。(www.xing528.com)

3）V_CE为集电极—发射极电压。由内部PNP型晶体管的击穿电压确定，为了避免PN结击穿，IGBT两端的电压决不能超过这个额定电值。

4）V_GE为最高栅极—发射极电压。栅极电压受栅极氧化层的厚度和特性限制，虽然栅极的绝缘击穿电压约为80V，但是，为了保证可靠工作并且限制故障状态下的电流，栅极电压通常应限制在20V以内。

5）I_LM为钳位电感负载电流。在电感负载电路中，这个额定值能够确保电流为规定值时，IGBT能够重复开断，这个额定值也能够保证IGBT同时承受高电压和大电流。

6）P_D为IGBT在25℃和100℃时的最大功率。其计算公式为P_D=ΔT/θ_J-C。

7）T_j为结温。IGBT能够在-55～100℃的工业标准温度范围内正常工作。

8）I_Cmax为最大集电极电流。包括额定直流电流I_C和1ms脉宽最大电流I_CP。

9）P_CM为最大集电极功耗。IGBT的最大集电极功耗P_CM为正常工作温度下允许的最大功耗。

10）f_max为最大工作频率。开关频率是选择适合的IGBT时需考虑的一个重要的参数，所有的硅片制造商都为不同的开关频率专门制造了不同的产品。最大工作频率与导通损耗有直接的关系，特别是在集电极电流I_C与V_CE（sat）相关时，把导通损耗定义为功率损耗是可行的。这三者之间的表达式为P_cond=V_CEI_C。开关损耗与IGBT的换向有关系；但是，主要与工作时的总能量消耗E_ts相关，并与终端设备的频率关系紧密。总损耗是两部分损耗之和为

P_tot=P_cond^+Ets （2-23）

在这一点上，总功耗显然与E_ts和V_CE（sat）两个主要参数有内在的联系。这些变量之间适度的平衡关系与IGBT技术密切相关，并为最大限度降低终端设备的综合散热提供了选择的机会。因此，为最大限度地降低功耗，根据终端设备的频率，以及应用中的电平特性选择不同的器件。