英飞凌IGBT模块规格的正确理解_XXXX0727

英飞凌IGBT模块规格的正确理解王浩正确理解规格书电流参数电压参数开关参数二极管参数热学参数以FF450R17ME3为例电流参数额定电流（ICnom）内部是3个150A芯片并联，所以标称值为450A可以用以下公式估算：Tjmax–TC=VCEsat·ICnom·RthJCVCEsat是ICnom的函数，见规格书后图1，采用线性近似VCEsat=(ICnom+287)/310Tjmax=150℃,TC=80℃,RthJC=0.055K/W计算得：ICnom=500A估算的办法用于和竞争对手比较的情况，竞争对手经常虚标电流，而IFX则留有余量电流参数脉冲电流（Icrm和Irbsoa）Icrm是可重复的开通脉冲电流（1ms仅是测试条件，实际值取决于散热情况）Irbsoa是IGBT可以关断的最大电流所有模块的Icrm和Irbsoa都是2倍额定电流值电流参数短路电流ISC短路条件:t10μs,Vge15V,RgRgnom(规格书中的值)，Tj125℃短路坚固性IGBT2为平面栅IGBT:5-8倍ICIGBT3/IGBT4为沟槽栅IGBT:4倍IC电压参数集电极-发射极阻断电压Vces测量Vces时，G/E两极必须短路Vces为IGBT模块所能承受的最大电压，在任何时候CE间电压都不能超过这一数值，否则将造成去器件击穿损坏Vces和短路电流ISC一起构成了IGBT模块的安全工作区：RBSOA图电压参数由于模块内部寄生电感△V=di/dt*Lin在动态情况下，模块耐压和芯片耐压有所区别芯片能达到电压模块能达到电压电压参数饱和压降VCEsatIFXIGBT的VCEsat随温度的升高而增大，称为VCEsat具有正温度系数，利于芯片之间实现均流VCEsat是IC的正向函数，随增大而增大IC电压参数VCEsat的变化VCEsat随IC的增大而增大VCEsat随VG的减小而增大电压参数VCEsat是仿真计算的基础数据CCETCEIRVV*0VCEsat值可用来计算导通损耗是计算功耗的基础数据切点应该选择在工作点附近)1()2()1()2(CCCECECCECEIIVVIVRVT0ΔVCERCEΔIC)**318*(*cos*)4**(212020,PCEPTPCEPTIGBTcondIRIVmIRIVP对于SPWM控制,导通损耗是:m:调制因子;IP输出电流;cosφ:功率因数电压参数开关参数内部门极电阻RGint为了实现模块内部芯片的均流，模块内部集成了内部门极电阻。在计算驱动器峰值电流的时候，这个电阻值应算为门极总电阻的一部分。外部门极电阻是客户设定的，它影响IGBT的开关速度。最小Rgon受限于开通di/dt，RGoff最小受限于关断dv/dt。RG过小会引起震荡而损坏IGBT221,//RRRRRGoffGon以此为例，实现电路可有多种R2R1开关参数内部门极电阻RGint客户可以使用不同的和RGon和RGoff推荐的Rgext最小值在开关参数测试条件中给出开关参数RGext的取值IGBT要求的RGext的最小值驱动器要求的RGext的最小值开关参数外部门极电容(CGE)为了控制高压IGBT的开启速度，推荐使用外部门极电容CGECGERGdi/dtdv/dtdi/dtdv/dt有了CGE，开启过程的di/dt和dv/dt可以被分开控制，即可以用更小的RG;从而实现了低的开关损耗和较低的开通di/dt开关参数门极电荷(QG)Cies,CresECGCGCCGECECCies=CGE+CGC:输入电容（输出短路）Coss=CGC+CEC:输出电容（输入短路）Cres=CGC:反向转移电容(米勒电容)fVQPGEgfVCPGEies25频率f，所需的驱动功率:QG用来计算驱动所需功率，为VGE在+/-15V时的典型值ThesevaluesaregreatlyinfluencedbyIG(RG),IC,VGE,Tj.Thesevaluecanbeusedtodeterminethedeadtime:tPHLmax:driveroutputhightolowdelaytPLHmin:driveroutputlowtohighdelay5.1*)))))(((minmaxminmaxmaxPLHPHLdonfdoffDTtttttt开关参数开关时间(tdon,tr,tdoff,tf)•td(on):10%VGEto10%ICM•tr:10%ICMto90%ICMvGEvCEiCttiC(t)vCE(t)0,1*VGEtd(on)tr0,9*ICM0,1*ICM0,02*VCCICMVCE0,9*VGE0,9*ICM0,1*ICMtd(off)tf•td(off):90%VGEto90%ICM•tf:90%ICMto10%ICM开关参数开关参数(Eon,Eoff)•Eon:10%ICto2%VCE•Eoff:10%VCEto2%IC英飞凌按照“10%-2%”积分限计算开关损耗，而有些其他厂商按照“10%-10%”计算，后者结果比前者会小10–25%开关参数开关参数Eon,Eoff受IC,VCE,驱动能力(VGE,IG,RG),Tj和分布电感影响我们假设Eon和Eoff正比于IC,在VCE_test（900V)的20%范围内正比于VCE，则有：IGBT开关损耗:testCECEnomCCnomoffoffVVIIEE___**testCECEnomCCnomononVVIIEE___**)(*offonSWSWEEfP二极管参数阻断电压(VRRM)额定电流(IF)脉冲电流(ICRM)类似于VCESatTj25℃类似于ICRM,2倍IF.)**(max,maxthjcFFjcRIVTT二极管参数抗浪涌能力(I2t)正向压降(VF)这个值定义了二极管的抗浪涌电流的能力，用于选择输入熔断器。熔断器数值应该小于二极管的I2t值，熔断器的熔断速度应该小于10ms，否则应该选择I2t值更大的二极管。我们在125℃定义I2t值，在25℃下它会大得多，通过I2t值可判断二极管容流能力。类似于VCEsat的定义,给出了Tj=25℃和125℃时的值,用来计算二极管的导通损耗和普通的二极管不同，一些英飞凌二极管在电流大于一定数值区域显现电压正温度系数，这有利于二极管均流。二极管参数开关参数(IRM,Qr,Erec)二极管反向恢复受IGBT的开通di/dt,IC,Tj等因素影响很大Irm和Qr仅为测试典型值,Erec用来计算二极管的开关损耗testRRnomCCnomrecrecVVIIEE___**二极管参数二极管SOA200010000100020003000time[400ns/div]VR[500V/div]IR[500A/div]123!00100020003000010002000VR(t)[V]IR(t)[A]locusiR(t)*vR(t)123!0高压模块定义了二极管的安全工作区(SOA)，不仅是峰值电流和电压，还包括峰值功率。瞬时峰值功率一定不能超过安全工作区曲线限定的最大值。热学参数热阻芯片焊料铜层陶瓷(Al2O3/AlN)铜层焊料基板散热器JunctionTemp.–TjCaseTemp.–TcHeatsinkTemp.–ThAmbientTemp.–TaChip–CaseTjcCase–HeatsinkTchHeatsink–AmbientThaChip-Case，芯片-管壳热阻–RthJC输入功率输出功率耗散功率Tj=Tjc+Tch+Tha+TaCase-Heatsink，管壳-散热器热阻–RthCHHeatsink(-Ambient)散热器(-环境)热阻–RthHA导热硅脂热学参数每个IGBT的Rth假设散热器是等温的:thHAtotahRPTT*)(*___IGBTthCHIGBTthJCIGBThIGBTjRRPTT)(*___DiodethCHDiodethJCDiodehDiodejRRPTT每个二极管Rth模块Rthn是一个module中的arms数量perarmpermoduleperIGBTperdiode热学参数nRRulethCHarmthCH*mod__DiodethCHIGBTthCHarmthCHRRR___//如果给出每个模块的热阻RthCH,我们可以计算每个模块和二极管的热阻：ulethCHIGBTthJCDiodethJCIGBTthJCDiodethCHRRRRRmod_____*ulethCHDiodethJCDiodethJCIGBTthJCIGBTthCHRRRRRmod_____*热学参数瞬态热阻抗用来计算瞬时结温Tj瞬态热阻抗(ZthJC)4,3,2,1,RCthRCthRCthRCththJCZZZZZ我们把芯片的瞬态热阻抗模型分为四个部分，每部分用一个表达式表示。四部分的系数在规格书中列出。)1(,,itithRCitheRZ模块参数绝缘测试除了工业应用的1200V模块，其余所有IGBT模块都通了IEC1287标准的绝缘测试，1200V模块符合VDE0160/EN50178标准。绝缘测试对模块来说是十分严峻的考验，以上标准规定：如果客户重复绝缘测试，绝缘耐压应降为原耐压值的85%。高压模块应用基于IEC1287标准的局部放电测试。这确保模块的长期可靠性。模块参数内部分布电感LsCE是指模块功率端子间的内部分布电感一单元模块两个独立开关的模块半桥，4单元，6单元模块PIM模块指一个桥臂的电感，而且是指电感最大的那个桥臂所在回路的两个功率端子间的电感指一个开关的电感指整个开关的电感PN端子间最长回路的电感Moduleparameters引线电阻(RCC’+EE’)这个值是功率端子和芯片间连接引线的阻值，是一个桥臂在Tc=25℃时的典型值