Диаграммы IGBT-модулей

С приведенными данными этот раздел даст некоторые рекомендации для рассмотрения диаграмм по MOSFET. В случае, если диаграмма детально рассмотрена в других разделах, на это будет ссылка.

Максимальная общая рассеиваемая мощность P_tot IGBT модуля от температуры корпуса T_case

Рис. 2.12. Максимальная общая рассеиваемая мощность

Основана на номинальной рассеиваемой мощности на IGBT (или на обратный диод) P_tot(25°С) = (T_jmax - 25°С)/Rthjc которое ограничено T_case= 25°С по определению, функция описывает снижение номинального значения при высоких температурах корпуса.

Энергия включения/выключения E_on, E_off за один импульс IGBT в зависимости от тока коллектора

Рис. 2.13. Энергия включения/выключения в зависимости от тока коллектора

Энергия включения/выключения E_on, E_off определена из измерительной цепи с активно-индуктивной нагрузкой, показана при различных токах коллектора (например, температура кристалла T_j = 125°С, напряжение питания коллектор-эмиттер V_CC= 600 В) с определенными параметрами управления. Рассеиваемую мощность при коммутации можно рассчитать при умножении частоты коммутации f на E_on или E_off, соответственно: P_on = f · E_on или P_off = f · E_off.

E_on и E_off показаны для IGBT при номинальном токе (I_C @ T_case = 80°С) при характерных значениях в справочных данных.

Энергия включения/выключения E_on, E_off за один импульс IGBT в зависимости от последовательных сопротивлений затвора R_G (R_Gon, R_Goff)

См.п. 3.5.2

Максимально безопасная область при коммутации (SOA)

Как показано в п. 1.2.3, IGBT должен работать при почти прямоугольной характеристике i = f(u) между V_CC и I_L при жестком переключении.

SOA-диаграммы отображают ширину зоны, в которой можно работать безопасно:

• SOA для коммутации, в открытом состоянии и при работе с отдельными импульсами
• RBSOA (c обратным смещением) для периодического выключения
• SCSOA (при коротком замыкании) для периодического выключения короткозамкнутых цепей (п. 3.6.2)

SOA ограничена следующими параметрами:

• максимальный ток коллектора (горизонтальный предел);
• максимальное напряжение коллектор-эмиттер (вертикальный предел);
• максимальная рассеиваемая мощность или температура кристалла (диагональные границы) см. рис.2.14.

Максимально безопасная область при импульсной работе (SOA)

Рис.2.14 показывает максимум кривой I_С = f(V_СЕ) при коммутации и в открытом состоянии для разных длительностей импульса t_p с двойной логарифмической шкалой. Важно, что максимальные значения справедливы при температуре корпуса T_case= 25°С и для одиночных импульсов, которые не нагреют IGBT выше максимальной температуры кристалла T_j = 150°С.

Хотя нижняя из приведенных диагоналей представляет преувеличение максимальных постоянных потерь тепла P_tot, IGBT модули могут только подойти к линейной характеристике площади с приблизительно V_CE>20 В или V_GE< 9 В при коммутации. Работа в аналоговом режиме длительный период времени не допустима из-за асимметрии при разбросе среди кристаллов, а также отрицательный температурный коэффициент пороговых напряжений может вызвать температурную нестабильность

Рис. 2.14. Максимально безопасная область I_С = f(V_СЕ) при импульсной работе (SOA)

Безопасная зона выключения

Рис.2.15 представляет безопасную зону выключения IGBT (RBSOA)

Рис. 2.15

При периодическом выключении, IGBT может жестко выключать при I_CM@80°С = Т_С для T_jmax и определенных параметрах драйвера, если V_CE (кристалл) достигает уровня V_CES (влияние паразитных индуктивностей и параметров драйвера, см.п. 3.4.1 и 3.5.2).

Безопасная область работы при коротком замыкании

См.п. 3.6.2

Изменение тока коллектора от температуры

См.п. 2.6; аналогично рис.2.23b

Выходная характеристика I_С = f(V_CE)

Рис.2.16 показывает выходную характеристику при T_j = 25°С и 125°С (типичное значение) с параметром V_GE, также см.п.1.2.2.2 и 2.6

Рис. 2.16. Типичная выходная характеристика при T_j = 25°С (а) и 125°С (b) с параметром V_GE

Переходная характеристика I_С = f(V_GE)

Переходная характеристика (рис.2.17) показывает поведение IGBT на рабочем участке при V_CE = 20 В и t_p = 80 мкс (линейная работа). Ток коллектора связан с напряжением затвор-эмиттер через I_С = g_fs · (V_GE - V_GE(th))

Рис. 2.17. Типичная переходная характеристика I_С = f(V_GE)

Внутренние емкости от напряжения сток-исток

См. п. 1.2.3

Характеристика заряда затвора

См. п. 1.2.3

Время коммутации от тока коллектора

На рис.2.18 представлена типичная зависимость времени коммутации t_d(on) (время задержки включения), t_r (время фронта), t_d(off) (время задержки выключения) и t_f (время спада) от тока коллектора при жестком переключении индуктивной нагрузки.

Рис. 2.18

Небольшое пропорциональное возрастание t_r подтверждает, что di_C/dt не возрастет так же как I_C, если ток коллектора увеличиться.

Время коммутации от сопротивления затвора

См.п. 3.5.2

Характеристика CAL диода в прямом направлении

См.п. 1.3.1.1

Рассеиваемая энергия диода при выключении

На рис.2.19 представлена зависимость рассеиваемой энергии диода при выключении E_offD от тока диода I_F, который протекал через него до выключения, и от скорости включения IGBT, определяемой сопротивлением затвора R_G, при коммутации тока между диодом и IGBT (жесткая коммутация).

Рис. 2.19

Как и ожидалось, потери диода при выключении возрастают при увеличении тока и скорости коммутации тока из-за одновременного возрастания сохраняемого заряда и амплитуды обратного тока (см. 1.3.1.3).

Переходной температурный импеданс IGBT и обратного диода

См.п. 3.2.2.3

Ток восстановления обратного диода в зависимости от прямого тока в открытом состоянии

На рис.2.20 представлены типичные значения импульсного тока восстановления обратного диода I_RRM от прямого тока I_F и di/dt, определяемой сопротивлением затвора R_G = R_Gon.

Рис. 2.20

Как и ожидалось, ток восстановления обратного диода тем больше, чем быстрее включается IGBT (низкий R_Gon).

Во-первых, ток восстановления обратного диода будет расти вместе с возрастанием прямого тока. При больших токах коллектора доля носителей заряда в дрейфовой зоне CAL-диода, которая уже рекомбинировала при коммутации, будет расти вместе с длительностью коммутации; поэтому, I_RRM будет снова падать при больших токах.

Ток восстановления обратного диода в зависимости от di_F/dt

Рис.2.21 показывает типичную зависимость тока восстановления обратного диода I_RRM от di/dt, определяемой изменением сопротивления затвора R_G = R_Gon IGBT при этих условиях измерения.

Рис. 2.21

Ток восстановления обратного диода растет почти линейно от di/dt.

Восстанавливаемый заряд обратного диода в зависимости от di_F/dt

Рис.2.22 показывает типичную зависимость восстанавливаемого заряда обратного диода Q_rr от di_F/dt при различных токах коллектора. Также добавлено сопротивление затвора R_G = R_Gon, которое определяет данную di_F/dt при этих условиях измерения.

Рис. 2.22

Как и ток обратного восстановления, восстанавливаемый заряд обратного диода возрастает при увеличении тока коллектора и скорости коммутации di/dt. Скорость коммутации четче выражена для больших токов коллектора, чем при малых токах.

Номинальный ток коллектора при коротком замыкании в зависимости от напряжения затвор-эмиттер и температуры

См.п. 3.6.2

<-- Предыдущая страница

Оглавление

Следующая страница -->