IGBT模塊的基本參數術語定義-IGBT靜態參數詳解

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

 
  ·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

 
  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

 
  ·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：

    (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

 
  ·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：

    (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；