不同殼溫下SOA曲線的計算方法

安全工作區(qū)(SOA)定義為IGBT可以預(yù)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(lán)色)，上邊框是最大安全關(guān)斷電流限制(紅色)：

根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書最大參數(shù)一欄，右邊框?qū)?yīng)耐壓600V，上邊框?qū)?yīng)最大安全關(guān)斷電流120A：

注意曲線下方紅圈內(nèi)標(biāo)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(shè)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(shè)定在100℃，這是實際應(yīng)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(yīng)的瞬態(tài)熱阻：Zth=0.0125K/W

殼溫100℃下對應(yīng)Tj=175℃下溫升：

?T=175℃-100℃=75℃

計算對應(yīng)損耗：

我們可以根據(jù)SOA曲線的邊框分別計算對應(yīng)的極限電流和電壓。

Vce=600V時對應(yīng)極限電流：

Ic=120A時對應(yīng)極限Vce:

我們分別在SOA曲線邊框找到50V和10A這兩個點，如下圖：

將這兩個點連起來就得到殼溫100℃下10us脈沖對應(yīng)的SOA曲線：

使用同樣的計算方法可以得到其他對應(yīng)的單脈沖限制曲線，如下如：

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(dāng)殼溫升高時，對應(yīng)的SOA曲線會下移，相應(yīng)的安全工作區(qū)也會變小，實際設(shè)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(yīng)的調(diào)整。

作者：邱玉強

來源：英飛凌