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IGBT模塊的基本參數術語定義-IGBT靜態參數詳解
  • 發布日期:2019-03-10      瀏覽次數:429
    • IGBT作為大功率電子器件,應用越來越廣泛,華科智源整理出IGBT靜態參數測試的參數,供選型使用。華科智源IGBT測試儀針對IGBT的測試,基本能涵蓋這些參數,廣泛用于新能源汽車,變頻器,逆變器,電源等行業。
      下面介紹IGBT模塊的基本參數術語定義。
        1.電壓
        ·集電極-發射極阻斷電壓UCES:集電極一發射極間的電壓;柵極和發射極短路時,集電極和發射極之間的電壓。
      這時集電極電流很小,通常等于lCES
        ·集電極-發射極擊穿電壓U(BR)CES:柵極和發射極短路,當集電極的電流大幅上升時,集電極和發射極之間的電壓。
        ·集電極-發射極維持電壓UCES·sus。在特定的柵極-發射極控制下,集電極和發射極之間的電壓。這時集電極電流值非常高,對擊穿電壓相對不敏感。
        ·集電極-發射極飽和電壓UCESsat:在柵極和發射極之間加入一定的電壓,且集電極電流幾乎不受柵極-發射極電壓控制,這時在集電極和發射極之間的電壓。
        ·柵極-發射極之間的閾值電壓UCES(TO):集電極電流有一個較小的特定值時,柵極和發射極之間的電壓。此時IGBT內部MOSFET溝通開啟,允許一個很小的電流流過。
       
        2. 電流
        ·集電極電流IC,IC,non:通常稱作集電極電流或集電極電流。在數據手冊中也用來表示大連續集電極直流電流。
        ·重復峰值集電極電流ICRM:在時間t中(一般是1ms)大的重復電流。很多廠商指定ICRM的值是IC,non的兩倍。
        ·柵極-發射極漏電流IGES:發射極和集電極短路,在指定的柵-射電壓下,流入柵極的漏電流。
        ·集電極-發射極漏(截止)電流lCES:在指定的集-射電壓下,通常取額定阻斷電壓UCES,流入集電極的漏電流。
        ·拖尾電流ICZ:IGBT關斷過程中,拖尾時間tZ內的集電極電流。
       
        3. 時間
        ·開通延時td(on)或者td:IGBT的柵極開啟電壓脈沖到集電極電流開始上升的時間間隔。通常以柵極電壓幅值的10%和集電極電流10%作為開通延時計算參考點。
        ·上升時間tr:通常指IGBT開通后,集電極電流從大值的10%上升到90%的時間間隔。
        ·開通時間ton:td(on)和tr之和,如圖1所示。

      圖1 開通時間

       

      圖1 開通時間

       
        ·關斷延時td(off或ts:維持IGBT導通的柵極電壓脈沖的末端時刻到集電極電流開始下降的間隔。在這段時間內,IGBT進入關斷狀態。一般情況下,以柵極電壓幅值的90%和集電極電流的90%作為關斷延時計算的參考點。
        ·下降時間tf:一般指集電極電流從大值的90%下降到10%的時間。如果集電極電流90%的值到10%的值不是一條直線,則做一條下降電流曲線的切線,在切線上讀取集電極電流的10%。
        ·關斷時間toff:td(off)和tf之和,如圖2所示。
        ·拖尾時間tz:關斷時間toff的末端到集電極電流下降到其大值2%時的時間間隔。

      圖2 關斷時間

       

      圖2 關斷時間

       
        4. 溫度
        ·等效結溫Tvj:功率半導體的PN結溫度。雖然半導體的結溫無法直接測量,但是可以通過間接的測量手段獲得結溫,通常用等效結溫表示。對于IGBT來說,結溫Tvj并不是指某個特定PN結的溫度,也不是PN結中某一特定區域的溫度。簡單來說,結溫描述了半導體內溫度的空間分布。由于工作條件不同,不同部位的溫度梯度各不相同。有些部位的電壓和電流的乘積大,換句話說耗散功率大。圖3給出了IGBT內典型的等效電阻,這些電阻導致功率損耗。這也表明,損耗不僅僅只發生在PN結處。當IGBT處于導通狀態時,Rj1是導致主要損耗的電阻。

      圖3 IGBT內典型的等效電阻

       

      圖3 IGBT內典型的等效電阻

       
        ·大結溫Tvj,max:半導體器件通過直流電流時所允許的大結溫。該溫度幾乎與實際應用散熱設計無關。
        ·工作結溫Tvj,op:半導體器件處于開關工作狀態時的溫度范圍,用于散熱設計和壽命計算。
        
        5. 能量
        ·開通能量Eon:單個集電極電流脈沖開通時IGBT產生的能耗。定義Eon的時間跨度為tEon,如圖4所示,它從IC上升到正常值的10%開始,UCE下降到正常值的2%時結束。Eon可由下式定義:

      計算公式1

          (1)

        在實際操作中,可用一個數字示波器來測定Eon,示波器可以跟蹤并記錄UCE(t)和iC(t)的數值,然后利用上述數學公式對兩者的乘積進行積分,積分結果的大值就是開通能量Eon。另外,可以把數據導入計算機,然后再進行數學分析

      圖4 定義開通能量的時間跨度

       

      圖4 定義開通能量的時間跨度

       
        ·關斷能量Eoff:單個集電極電流脈沖關斷時IGBT產生的能耗。定義Eoff的時間跨度為tEoff,如圖5所示,它從UCE上升到正常值的10%開始,IC下降到正常值的2%時結束。Eoff可以由下式定義:

      計算公式2

          (2)

        在實際操作中,Eoff可由數字示波器測定。示波器可以跟蹤并記錄uCE(1)和iC(t),然后利用上述公式對兩者的乘積進行積分。積分結果的大值就是關斷能量Eoff。另外,可以把數據導入計算機,然后再進行數學分析。
           
          華科智源針對IGBT測試,開發了IGBT測試儀,可以測試IGBT靜態參數,包括
      集電極-發射極阻斷電壓UCES:集電極一發射極間的電壓;集電極-發射極擊穿電壓U(BR)CES集電極-發射極維持電壓UCES·sus;集電極-發射極飽和電壓UCESsat;柵極-發射極之間的閾值電壓UCES(TO);集電極電流IC,IC,non;重復峰值集電極電流ICRM柵極-發射極漏電流IGES;集電極-發射極漏(截止)電流lCES
          以及相應的可靠性測試設備,動態參數測試儀,功率循環測試儀,高溫反偏測試儀等;

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