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IGBT失效原因分析:研究成果

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:IGBT为PNPN四层结构。IGBT发生擎住效应后,集电极电流增大,产生过高功耗,导致器件失效。这种瞬态过电流虽然持续时间较短,但如果不采取措施,将增加IGBT的负担,也可能会导致IGBT失效。

IGBT失效原因分析:研究成果

1.过热损坏

集电极电流过大引起的瞬时过热及其他原因,如散热不良导致的持续过热均会使IGBT损坏。如果器件持续短路,大电流产生的功耗将引起温升,由于芯片的热容量小,其温度迅速上升,若芯片温度超过硅本征温度(约250℃),器件将失去阻断能力,栅极控制就无法保护,从而导致IGBT失效。实际运行时,一般最高允许的工作温度为130℃左右。

2.超出关断安全工作区

超出关断安全工作区引起擎住效应而损坏。擎住效应分静态擎住效应和动态擎住效应。

IGBT为PNPN四层结构。体内存在一个寄生晶闸管,在NPN晶体管的基极与发射极之间有一个体区扩展电阻Rs,P型体内的横向空穴电流在Rs上会产生一定的电压降,对NPN基极来说,相当于一个正向偏置电压。在规定的集电极电流范围内,这个正偏置电压不大,对NPN晶体管不起任何作用。

当集电极电流增大到一定程度时,该正向电压足以使NPN晶体管开通,进而使NPN和PNP晶体管处于饱和状态。于是,寄生晶闸管导通,门极失去控制作用,发生自锁现象,这就是所谓的静态擎住效应。IGBT发生擎住效应后,集电极电流增大,产生过高功耗,导致器件失效。(www.xing528.com)

动态擎住效应主要是在器件高速关断时电流下降太快,dv/dt很大,引起较大位移电流流过Rs,产生足以使NPN晶体管开通的正向偏置电压,造成寄生晶闸管自锁。

3.瞬态过电流

IGBT在运行过程中所承受的大幅值过电流除短路、直通等故障外,还有续流二极管的反向恢复电流、缓冲电容器的放电电流及噪声干扰造成的尖峰电流。这种瞬态过电流虽然持续时间较短,但如果不采取措施,将增加IGBT的负担,也可能会导致IGBT失效。

4.过电压

过电压会造成集电极、发射极间击穿,也会造成栅极、发射极间击穿。

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