正弦电气：IGBT使用中的几个常识性问题

  IGBT是变频器等电力电子产品中经常用到的关键器件，正确地使用好IGBT是保证产品质量的基础和前提。现总结几个常识性问题，以利于硬件设计人员加深对IGBT的认识。

（1）输出特性

IGBT的正向特性可以分为4个区间：饱和区、线性区、截止区和雪崩击穿区。由于IGBT一般在变频器中是用作开关功能的，故一般工作在饱和区和截止区。如果驱动能力不够，可能会落到线性区引起过热损坏；如果关断时C-E间的电压过高，则有可能使IGBT发生雪崩击穿而损坏。

IGBT本身不像MOSFET那样内部有一个寄生二极管，所以在很多情况下会把一个二极管芯片与IGBT芯片封装在一起。由于IGBT是非对称器件，E-C间承受电压的能力很差（通常只有十几伏），由于并联了反并二极管，所以承受的反压会被钳位，但某些情况下，由于二极管正向导通特性差等原因，钳位效果会大打折扣，反压可能冲到很高，进而导致IGBT反向击穿而失效。

（2）集电极电流Ic、Icm和二极管电流IF的定义

IGBT器件规格书中给的集电极电流Ic是在不考虑开关损耗情况下管子能够流过的最大连续电流；也即只考虑导通损耗，不考虑其他损耗并且在一定温度情况下管子所能承受的电流。我们实际使用时IGBT是工作在周期性地开通、关断状态的，而且开关频率各不相同。所以从热方面考虑，IGBT也绝对不能在额定电流下使用，具体能流过多大电流，要以结温（包括稳态结温和瞬态结温）计算结果为准。

集电极重复峰值电流Icm是管子在任何情况下都不能超过的最大峰值电流，该值受到结温、键合线通电流能力、功率端子承受能力、擎住效应风险等的限制，热仅仅是其中的一个限定条件。我们在设定过流点、逐波限流点时要特别注意。

同样，反并二极管的额定电流（富士称为-Ic）也是不考虑开关损耗情况下管子能够流过的最大连续电流，具体定义如下式：

（3）门极加稳压管和电阻

门极加电阻是为了避免门极悬浮，将IGBT输入电容中残存的电荷泄放掉，避免误开通。门极加稳压管是为了吸收异常的尖峰。

在实际工作中，很多新员工一般都不愿意加稳压管，理由是实际测试中门极电压波形很好，没有遇到过尖峰。试问研发阶段的测试是否够充分，是否能够全面覆盖市场应用的各种恶劣条件。门极产生尖峰通常有两种主要途径：通过米勒电容耦合过来，或者通过发射极的寄生电感感应过来。门极能够承受的最高电压一般为正负20V，只要幅值超了，不能时间多短都有造成物理性损坏的风险。若干经验表明，因为门极电压击穿导致模块失效的情况也是很常见的，是导致IGBT失效的主要原因之一，所以我们没必要为了几毛钱的事情在这上面纠结。

（4）IGBT驱动电压的选择

IGBT驱动电压可以分为开通电压Vge（+）和关断电压Vge(-)，我们通常用15V开通，用-8V左右电压来关断。

Vge（+）越高，饱和压降Vce(sat)越小，但同时短路电流也越大，短路持续时间会下降。要注意，开通电压并不是越大越好，当驱动电压达到一定值后，再升高该电压，Vce(sat)变化不大，但会导致充电电流增大，驱动功耗增加，Vge容易产生尖峰电压，上升时间变短，关断延迟时间延长。

关断电压Vge(-)通常选择-5V或-8V，负压关断的好处是：加快关断速度，减小关断损耗；防止误开通，使关断更可靠。负压关断的坏处是：驱动电流增大，驱动功耗增加；开通延迟时间增加。

（5）IGBT驱动电阻Rg的选择

Rg对开通的影响：

? 开通损耗；

? IGBT的电流尖峰（即二极管的反向恢复电流峰值)；

? dV/dt;

? 二极管的反向恢复损耗。

Rg对关断的影响：

? 关断损耗（影响没有对开通的大）；

? di/dt（主要由芯片技术而定；Rg很大时才有明显影响）；

? dV/dt

选择Rg时的明确下限为：规格书中开关损耗测试条件中的值；Rg的上限：要依据IGBT和二极管损耗、死区时间、Vge波形（是否有震荡或尖峰）等而定，同时要考虑到驱动器的输出能力和驱动器温度。

（6）结温Tjmax和Tjop的定义

结温是IGBT的最重要的参数之一，一般IGBT模块的规格书中通常会给出一个Tjmax和一个Tjop，不同厂家间的定义略有差异，但基本思路都是一致的，即连续的、稳定负载时结温（稳态结温）不能超过Tjop；瞬态的、过渡过程时的结温（瞬态结温）不能超过Tjmax。下图是三菱关于这两个结温的解释，很好的说明了它们之间的差别，我们在实际设计时要明确遵守。