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IGBT是大家常用的開關功率器件，本文基于英飛凌單管IGBT的數據手冊，對手冊中的一些關鍵參數和圖表進行解釋說明，用戶可以了解各參數的背景信息，以便合理地使用IGBT。
英飛凌的IGBT數據手冊通常包含以下內容：
封面，包括器件編號，IGBT技術的簡短描述，如果是帶共封裝續流二極管的器件，數據手冊也會包括二極管的功能，關鍵參數，應用以及基本的封裝信息。
最大額定電氣參數和IGBT熱阻/二極管熱阻
室溫下的電氣特性，包括靜態和動態參數
25°C和150°C或175°C時的開關特性
電氣特性圖表
封裝圖
關鍵參數的定義圖
修訂歷史
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1.英飛凌IGBT的命名
參考已有公眾號文章《英飛凌IGBT單管命名規則》
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2.最大額定值
集電極-發射極電壓VCE
該值定義了基于IGBT大規模生產的統計分布的最低擊穿電壓極限。此外，它定義了在結溫為25℃時，集電極和發射極之間的最大允許電壓，超過這個極限就會導致器件的壽命縮短或器件失效。一般來說該值隨結溫的降低而降低。該值也可由數據手冊靜態特性部分規定的參數ICES來驗證。
集電極直流電流IC
IC定義為集電極-發射極直流電流值，在起始殼溫TC（通常為25°C或100°C）時，通流并導致IGBT達到最大結溫Tvjmax。TC=100°C時的數值通常被用作器件的額定電流和器件的名稱。
IC由下述公式得到：
參考《IGBT的電流是如何定義的》
集電極瞬態電流ICplus
ICplus被定義為開啟和關閉時的最大瞬態電流。理論上，它受到特定時間內的功率耗散的限制，這使得器件可以在Tjmax≤175°C的最大結溫限制內運行。然而，還有一些其他的限制，例如鍵合線配置、可靠性考慮以及避免IGBT閂鎖的余量。對于最近推出的IGBT，它的瞬態電流通常是額定電流的3~4倍，以保持高水平的可靠性以及使用壽命。
此外，這個值也定義了SOA中的電流限制。
共封裝續流二極管電流IF和瞬態電流IFplus
與集電極瞬態電流ICplus和集電極瞬態電流ICplus的定義相同，用于定義共封裝續流二極管正向持續電流IF和二極管瞬態電流IFplus
柵極-發射極電壓VGE
該參數定義了最大的柵極電壓。第一種是靜態電壓，對應的是在不損壞器件本身的情況下連續工作的柵極電壓最大值。第二種為瞬態電壓，對應于瞬態運行時的最大值，可以應用在柵極上而不引起損壞或退化。如果柵極上的電壓應力意外地高于指定值，可能會立即發生故障，也可能導致柵極氧化物退化，從而引起后續的故障。
耗散功率Ptot
Ptot描述了器件允許的最大功率耗散，與IGBT的芯片結到外殼的熱阻相關，可以通過下述公式計算：
?T定義為芯片結到外殼的溫度差，?T=Tvjmax-TC
運行結溫Tvj
這個參數對設計極為重要。盡管一旦超過極限，器件可能不會立即失效，但將導致器件的退化和使用壽命的縮短。
熱阻Rth(j-c)?
熱阻表征了功率半導體在穩定狀態下的熱行為。相應地，瞬態熱阻抗Zth(j-c)描述了器件在瞬態下的熱行為。IGBT/二極管的外殼被定義為整個器件的引線框架。FullPAK封裝器件，中間的引腳被視為外殼。數據手冊中所述的最大值考慮到了大規模生產時的公差，在產品設計時，需要使用該數值。
芯片結到外殼的熱阻Rth(j-c)是確定半導體器件熱行為的一個關鍵參數。然而，在任何設計中，將一個產品的熱阻值同另一個產品的熱阻值直接比較是不夠的。如下圖所示，在電源系統的熱耗散路徑中，芯片結到環境的熱阻Rth(j-a)起著最重要的作用，因為它決定了工作條件下的熱限制。它由外殼到環境的熱阻Rth(c-h)+Rth(h-a)和從結到外殼的熱阻Rth(j-c)組成。在大多數情況下，熱界面材料、絕緣墊片和散熱器的熱阻在Rth(j-a)中占主導地位。對于IKW40N65H5，Rth(j-c)最大值為0.6K/W。典型的熱界面材料（TIM）和絕緣墊片的熱阻值可能低至1K/W，而散熱器對環境的熱阻可能從強制通風的1K/W到不通風的幾十K/W。因此，與總的Rth(j-a)相比，Rth(j-c)的影響只在個位數百分比到幾十個百分比之間。
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3. 靜態特性
集電極-發射極擊穿電壓V(BR)CES
該參數定義了特定漏電流下的最小擊穿電壓。本例以IKW40N65H5為例，定義V(BR)CES時使用的漏電流IC=0.2mA，不同的芯片尺寸以及不同的IGBT技術標定時使用的漏電流都有所不同。集電極-發射極擊穿電壓隨芯片結溫變化。通常，對于大多數英飛凌IGBT產品來說，它是一個正的溫度系數。
集電極-發射極飽和電壓VCEsat
VCEsat代表額定電流流過IGBT時，集電極和發射極之間的電壓降。它通常在15V柵極電壓以及幾個不同芯片結溫下定義。
一般英飛凌最新的IGBT，VCEsat顯示出正的溫度系數，這樣的特性有利于IGBT在高功率應用中的并聯，電流會在并聯器件之間自動均流。
二極管正向電壓VF
二極管正向電壓VF是指二極管在導通模式下的電壓降。在數據手冊的圖表中，給出了典型的VF與溫度的關系，如下圖所示。請注意，二極管在額定電流下，通常具有輕微的負溫度系數的特點。
柵極-發射極閾值電壓VGE(th)
該參數表示可以啟動集電極到發射極電流的最小柵極電壓。一般來說，該電壓隨著芯片結溫的升高而降低，這意味著VGE(th)擁有負溫度系數，在并聯使用時，需要仔細考慮這一點。
漏電流ICES和IGES
這些參數表示集電極和發射極之間的漏電流（ICES)和柵極和發射極之間的漏電流(IGES)的上限。它們通常由技術、生產和工藝決定。ICES與擊穿電壓相關。當器件處于關斷模式，在集電極和發射極之間施加電壓時，ICES在IGBT中流過，它引入了靜態損耗。為了減少這些損耗的影響，ICES必須盡可能地保持低，低漏電流值也有助于提高最終產品的質量和可靠性。
跨導gfS
跨導gfS代表了根據柵極電壓變化而產生的電流變化。如下圖所示，在50A的集電極電流和175°C的Tvj溫度條件下，綠色線的斜率正好是跨導21。
未完待續，動態特性及開關特性敬請期待下篇。
參考閱讀
英飛凌IGBT單管命名規則
視頻 | 資深工程師詳解英飛凌IGBT模塊技術參數
IGBT的電流是如何定義的
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