不同殼溫下SOA曲線的計算方法

作者： 邱玉強，英飛凌工業(yè)半導體

安全工作區(qū)(SOA)定義為IGBT可以預期在沒有自損壞或退化的情況下工作的電流和電壓條件，分為正向偏置和反向偏置安全工作區(qū)（FBSOA和RBSOA）。正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)定義了IGBT開啟期間的可用電流和電壓條件。反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)定義了IGBT關斷期間的可用電流和電壓條件。在實踐中，SOA曲線是工程師的重要參考之一。工程師必須考慮到所有的極限工況，同時保證器件的工作時的參數(shù)都在SOA之內。不僅需要在安全工作區(qū)域內使用IGBT，而且還需要控制器件的工作溫度。

下圖是英飛凌明星產品IKW30N60H3的FBSOA曲線：

其中SOA右邊框為IGBT耐壓限制(藍色)，上邊框是最大安全關斷電流限制(紅色)：

根據(jù)產品規(guī)格書最大參數(shù)一欄，右邊框對應耐壓600V，上邊框對應最大安全關斷電流120A：

注意曲線下方紅圈內標注的測試條件: D=0,Tc=25℃,Tj<=175℃,VGE=15v,表明驅動電壓15V，單脈沖條件下，器件殼溫25℃同時時最高結溫限制在175℃以內。這是一個非常常見的測試條件，但是很多工程師會針對Tc=25℃的設定疑惑不解。因為大部分工作條件下，器件殼溫不可能保持在25℃，那么不同殼溫下，如果得到我們需要的SOA曲線？下面介紹一種計算方法供大家參考。

我們把IGBT殼溫設定在100℃，這是實際應用中很常見的殼溫，其他參考條件不變，針對10us單脈沖這條曲線我們展開計算。

首先我們在瞬態(tài)熱阻表中找到10us脈寬單脈沖對應的瞬態(tài)熱阻：Zth=0.0125K/W

殼溫100℃下對應Tj=175℃下溫升：

?T=175℃-100℃=75℃

計算對應損耗：

我們可以根據(jù)SOA曲線的邊框分別計算對應的極限電流和電壓。

Vce=600V時對應極限電流：

Ic=120A時對應極限Vce:

我們分別在SOA曲線邊框找到50V和10A這兩個點，如下圖：

將這兩個點連起來就得到殼溫100℃下10us脈沖對應的SOA曲線：

使用同樣的計算方法可以得到其他對應的單脈沖限制曲線，如下如：

通過以上計算過程可以看到，SOA曲線其實是受最高結溫，瞬態(tài)熱阻，殼溫等多個因素限制，原廠規(guī)格書往往只會給出特定殼溫下的SOA曲線。當殼溫升高時，對應的SOA曲線會下移，相應的安全工作區(qū)也會變小，實際設計過程中需要考慮到這一點，針對實際工作運行中的殼溫做相應的調整。

審核編輯 黃宇