您的当前位置:首页 > 新闻中心 > 技术文章

技术文章

IGBT模块的基本参数术语定义-IGBT静态参数详解

发布时间: 2019/03/01 浏览次数:49 作者:华科智源

IGBT作为大功率电子器件,应用越来越广泛,华科智源整理出IGBT静态参数测试的参数,供选型使用。华科智源IGBT测试仪针对IGBT的测试,基本能涵盖这些参数,广泛用于新能源汽车,变频器,逆变器,电源等行业。
下面介绍IGBT模块的基本参数术语定义。
  1.电压
  ·集电极-发射极阻断电压UCES:集电极一发射极间的电压;栅极和发射极短路时,集电极和发射极之间的电压。
这时集电极电流很小,通常等于lCES
  ·集电极-发射极击穿电压U(BR)CES:栅极和发射极短路,当集电极的电流大幅上升时,集电极和发射极之间的电压。
  ·集电极-发射极维持电压UCES·sus。在特定的栅极-发射极控制下,集电极和发射极之间的电压。这时集电极电流值非常高,对击穿电压相对不敏感。
  ·集电极-发射极饱和电压UCESsat:在栅极和发射极之间加入一定的电压,且集电极电流几乎不受栅极-发射极电压控制,这时在集电极和发射极之间的电压。
  ·栅极-发射极之间的阈值电压UCES(TO):集电极电流有一个较小的特定值时,栅极和发射极之间的电压。此时IGBT内部MOSFET沟通开启,允许一个很小的电流流过。
 
  2. 电流
  ·集电极电流IC,IC,non:通常称作集电极电流或集电极电流。在数据手册中也用来表示最大连续集电极直流电流。
  ·重复峰值集电极电流ICRM:在时间t中(一般是1ms)最大的重复电流。很多厂商指定ICRM的值是IC,non的两倍。
  ·栅极-发射极漏电流IGES:发射极和集电极短路,在指定的栅-射电压下,流入栅极的漏电流。
  ·集电极-发射极漏(截止)电流lCES:在指定的集-射电压下,通常取额定阻断电压UCES,流入集电极的漏电流。
  ·拖尾电流ICZ:IGBT关断过程中,拖尾时间tZ内的集电极电流。
 
  3. 时间
  ·开通延时td(on)或者td:IGBT的栅极开启电压脉冲到集电极电流开始上升的时间间隔。通常以栅极电压幅值的10%和集电极电流10%作为开通延时计算参考点。
  ·上升时间tr:通常指IGBT开通后,集电极电流从最大值的10%上升到90%的时间间隔。
  ·开通时间ton:td(on)和tr之和,如图1所示。

图1 开通时间
 
图1 开通时间
 
  ·关断延时td(off或ts:维持IGBT导通的栅极电压脉冲的末端时刻到集电极电流开始下降的间隔。在这段时间内,IGBT进入关断状态。一般情况下,以栅极电压幅值的90%和集电极电流的90%作为关断延时计算的参考点。
  ·下降时间tf:一般指集电极电流从最大值的90%下降到10%的时间。如果集电极电流90%的值到10%的值不是一条直线,则做一条下降电流曲线的切线,在切线上读取集电极电流的10%。
  ·关断时间toff:td(off)和tf之和,如图2所示。
  ·拖尾时间tz:关断时间toff的末端到集电极电流下降到其最大值2%时的时间间隔。
图2 关断时间
 
图2 关断时间
 
  4. 温度
  ·等效结温Tvj:功率半导体的PN结温度。虽然半导体的结温无法直接测量,但是可以通过间接的测量手段获得结温,通常用等效结温表示。对于IGBT来说,结温Tvj并不是指某个特定PN结的温度,也不是PN结中某一特定区域的温度。简单来说,结温描述了半导体内温度的空间分布。由于工作条件不同,不同部位的温度梯度各不相同。有些部位的电压和电流的乘积最大,换句话说耗散功率最大。图3给出了IGBT内典型的等效电阻,这些电阻导致功率损耗。这也表明,损耗不仅仅只发生在PN结处。当IGBT处于导通状态时,Rj1是导致主要损耗的电阻。
图3 IGBT内典型的等效电阻
 
图3 IGBT内典型的等效电阻
 
  ·最大结温Tvj,max:半导体器件通过直流电流时所允许的最大结温。该温度几乎与实际应用散热设计无关。
  ·工作结温Tvj,op:半导体器件处于开关工作状态时的温度范围,用于散热设计和寿命计算。
  
  5. 能量
  ·开通能量Eon:单个集电极电流脉冲开通时IGBT产生的能耗。定义Eon的时间跨度为tEon,如图4所示,它从IC上升到正常值的10%开始,UCE下降到正常值的2%时结束。Eon可由下式定义:
计算公式1
    (1)
  在实际操作中,可用一个数字示波器来测定Eon,示波器可以跟踪并记录UCE(t)和iC(t)的数值,然后利用上述数学公式对两者的乘积进行积分,积分结果的最大值就是开通能量Eon。另外,可以把数据导入计算机,然后再进行数学分析
图4 定义开通能量的时间跨度
 
图4 定义开通能量的时间跨度
 
  ·关断能量Eoff:单个集电极电流脉冲关断时IGBT产生的能耗。定义Eoff的时间跨度为tEoff,如图5所示,它从UCE上升到正常值的10%开始,IC下降到正常值的2%时结束。Eoff可以由下式定义:
计算公式2
    (2)
  在实际操作中,Eoff可由数字示波器测定。示波器可以跟踪并记录uCE(1)和iC(t),然后利用上述公式对两者的乘积进行积分。积分结果的最大值就是关断能量Eoff。另外,可以把数据导入计算机,然后再进行数学分析。
     
    华科智源针对IGBT测试,开发了IGBT测试仪,可以测试IGBT静态参数,包括
集电极-发射极阻断电压UCES:集电极一发射极间的电压;集电极-发射极击穿电压U(BR)CES集电极-发射极维持电压UCES·sus;集电极-发射极饱和电压UCESsat;栅极-发射极之间的阈值电压UCES(TO);集电极电流IC,IC,non;重复峰值集电极电流ICRM栅极-发射极漏电流IGES;集电极-发射极漏(截止)电流lCES
    以及相应的可靠性测试设备,动态参数测试仪,功率循环测试仪,高温反偏测试仪等;
分享到: