【導讀】IGBT的電流是器件基本參數(shù)之一，顯而易見FS450R12KE4就是450A 1200V IGBT模塊。這樣的理解對于日常工作交流來說是足夠了，但對于一位設計工程師是遠遠不夠的，而且業(yè)內(nèi)充滿著誤解和流言。
流言一
450A IGBT模塊最大輸出電流能力是450A，系統(tǒng)設計中需要留足夠的余量
450A是FS450R12KE4的標稱電流。那么什么是標稱電流？為了搞清楚這一問題最好的辦法是尋根問祖，從英飛凌芯片的數(shù)據(jù)手冊發(fā)掘線索。
找到FS450R12KE4內(nèi)部IGBT芯片IGC142T120T8RM的數(shù)據(jù)手冊，奇怪的是芯片型號上沒有電流信息，142并不是芯片電流，而是芯片的面積，其單位是平方毫米。而且數(shù)據(jù)手冊中也沒有給出芯片集電極直流電流，數(shù)值留白，注釋中說明，該值受最大虛擬結溫Tvjmax限制，并取決于裝配的熱性能，裝配包括IGBT產(chǎn)品封裝和系統(tǒng)熱設計。
表1：TRENCHSTOP? IGBT4 IGC142T120T8RM數(shù)據(jù)手冊截圖
雖然芯片數(shù)據(jù)手冊首頁上確實給出了Icn=150A，但明確說明這是應用案例FS450R12KE4 EconoPACK?+模塊，在TC=100°C時，封裝在這一功率模塊中，此時芯片的標稱集電極電流。
表2：TRENCHSTOP? IGBT4 IGC142T120T8RM數(shù)據(jù)手冊截圖
數(shù)據(jù)手冊中的注釋
由此我們可以得出結論：
結論一：IGBT芯片的集電極直流電流取決于散熱，最高虛擬結溫不要超過Tvjmax限制。
基于結論一，我們應該去研究模塊的數(shù)據(jù)手冊，在模塊的數(shù)據(jù)手冊上可以讀到，連續(xù)集電極直流電流與殼溫有關，準確說連續(xù)集電極直流電流是在給定的殼溫下定義的，這可以猜想這一電流與直流下的損耗、結到殼的熱阻有關。
表3：FS450R12KE4 EconoPACK?+模塊數(shù)據(jù)手冊截圖
定義：
按照FS450R12KE4數(shù)據(jù)手冊，研究一下：
這樣算出來只有160oC，你可能會想不是說好按照175oC定義的嗎？這樣連續(xù)集電極直流電流不是可以更大？不完全對，這里還需要考慮其它因素。
流言二
450A IGBT模塊峰值電流能力是450A，輸出有效值電流遠小于450A
這就要研究IGBT的脈沖電流能力，我們還是從芯片出發(fā)。在表1，IGBT4 IGC142T120T8RM數(shù)據(jù)手冊中可以找到集電極脈沖電流450A，但脈沖寬度受限于最高虛擬結溫Tvjmax，這里有個說明，這是設計值并通過了設計驗證，生產(chǎn)中不作測試。這是因為芯片沒有散熱系統(tǒng)因而無法測試芯片的電流能力。
再看模塊，表3，F(xiàn)S450R12KE4 EconoPACK?+模塊數(shù)據(jù)手冊截圖，其中明確給出了集電極重復峰值電流ICRM=900A，2倍于模塊100度管殼溫度下的連續(xù)集電極直流電流，即標稱電流450A。
同時在圖表中給出了反偏安全工作區(qū)RBSOA，這代表IGBT關斷電流能力，就是說英飛凌的IGBT模塊可以可靠關斷2倍于自己的標稱電流，這一重要參數(shù)在出廠檢驗中100%測試。
結論二：450A IGBT模塊在散熱足夠好的設計中，可以承受一定脈沖寬度的900A重復峰值電流，并可靠關斷，設計原則最高工作結溫不超過150℃。
流言三
在系統(tǒng)設計中，超過器件標稱電流，可靠性降低，只能過載時偶爾為之。
我們來看一個反例：家用單端電磁爐采用準諧振電路。
圖1：電磁爐原理圖
2200W電磁爐一般采用20A IGBT，譬如IHW20N120R5逆導型IGBT單管。從表4中看出：其集電極直流電流在管殼溫度100度時為20A，集電極脈沖電流為60A，這一單管的集電極脈沖電流和RBSOA為標稱電流的3倍。
表4：IHW20N120R5逆導型IGBT單管數(shù)據(jù)手冊截圖
由于準諧振電路，IGBT開通時電壓很低，但由于諧振電容，脈沖電流很大，將近50A，這時有相當高的開通和導通損耗；關斷時是零電壓，雖然關斷電流高達60A，已經(jīng)達到RBSOA的極限，但關斷損耗并不大。
實際案例系統(tǒng)以23kHz的諧振頻率工作，就是說20A IGBT 以23kHz的頻率連續(xù)關斷60A電流，條件是損耗合理，散熱足夠好，保證結溫不超過允許的最高工作結溫150度。
圖2：電磁爐準諧振電流電壓波形，電流紅色20A/div,電壓200V/div
關于IGBT模塊的結論：
英飛凌IGBT模塊型號上是標稱電流，是基于一定的殼溫計算得到的集電極直流電流，與實際IGBT開關輸出電流并不是一個概念。
系統(tǒng)設計原則一：IGBT的最高工作結溫不允許超過最高工作結溫。
系統(tǒng)設計原則二：IGBT最大電流取決于脈沖電流能力和反偏安全工作區(qū)，也就是IGBT關斷電流能力，一般是兩倍的標稱電流，設計中關斷電流不能超過反偏安全工作區(qū)，那么系統(tǒng)設計是安全可靠的。
來源：英飛凌工業(yè)半導體
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