解读IGBT模块的安全工作区

今天我们来看看IGBT模块的安全工作区，在电力电子设计中，为了实现功率模块效率、体积比、重量比的最大化，都希望应用出功率模块的最大能力，而这个最大的工作能力，一方面靠实验室的台架及脉冲测试，另一方面一个主要的信息来源就是读IGBT模块手册文档，在模块文档中开头的参数表里就给出了最大的工作条件，如下图1所示。

图1 IGBT模块最大额定值工作参数表

上图是一款常用的英飞凌IGBT模块参数表，最大VCE电压750V，有效工作电流（Implementedcollector current）660A，可重复的尖峰电流（Repetitive peak collector current）是1320A（持续时间1ms），这个电流等级是有效工作电流的两倍。

手册文档后面还有一个RBSOA（reversebias safe operating area IGBT,Inverter (RBSOA)）曲线，也就是IGBT的反偏安全工作区，如下图2所示。

图2  IGBT模块反偏安全工作区

RBSOA工作区有两个意思；第一：在一定的工作电流条件下，IGBT关断时，电压不要超过这个安全电压，第二这个安全电压是什么造成的哪？听我慢慢说，IGBT失效的两个主要原因是短路过流造成的热失效和过电压冲击，那什么会引起过电压哪？

首先，绝大部分IGBT工作在开通或者关断状态，而开通或者关断瞬间发生的IGBT模块的损害率也是最高的。

其次，IGBT开通的时候不会出现过电压，因为那时候电压是下降的，电压水平再怎么蹦也蹦不高，而 IGBT关断的时候Vce的电压是要上升的，而这个上升不是达到了直流母线电压就可以的，由于系统杂散电感的存在大电流IGBT模块关断瞬间会产生很高的电压尖峰，而这个电压尖峰是造成IGBT过电压击穿的首要问题。

最后考虑过电压的问题时是需要系统的分析杂散电感的存在，另外观察RBSOA图形也给出了两个曲线，一个是模块级安全曲线的，一个是芯片级安全曲线的，他们的差别区域也很好说明这一点，杂散电感对于安全边界的影响。

因此在考虑IGBT工作范围，设置功率模块的边界条件的时候要从系统分析可能造成安全失效的因素，进一步减少余量不够造成的损坏，提高安全等级。