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IGBT失效时参数变化规律

1 过电压失效

1.1栅极过压

IGBT的栅极-发射极驱动电压的保证值为正负20v,如果在它栅极和发射极之间加上超过保证值的电压,很有可能损坏IGBT模块,另外,如IGBT的栅极与发射极间开路,然而在集电极与发射极之间加上电压的话,就有可能随着集电极电极电位的变化而变化,由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在栅极电位升高,集电极-发射极有电流流过。这个时候集电极和发射极之间处于高压状态,可能会导致IGBT发热从而损坏。

1. 2 集电极-发射极过电压

在IGBT集电极中-发射极电压的产生主要有两种情况,一是施加到IGBT的集电极-发射极间的直流电压过高,另一种是集电极-发射极间的浪涌电压过高。所以在使用过程中还是要综合考虑,看那个更适合。

1.3 杂散电感过电压

因为电路中杂散电感的存在,而IGBT的开关频率较高,当IGBT关断时与开通时,就会产生很大的电压,威胁到IGBT的**如图1-1所示出了IGBT的杂散电感和杂散电容。IGBT的外部电感L主要是指IGBT直流侧电感,可算得L对加在IGBT集射电压的影响为:



IGBT杂散电感和杂散电容的示意图

IGBT杂散电感和杂散电容的示意图

其中Ud为直流电压电容,di/dt为IGBT的电流变化率。

杂散电感L产生的电压叠加在Ud上,IGBT内部是集成电路芯片,耐压能力非常有限,如L产生的电压较大,超出IGBT的集电极-发射极间耐压值Uces,产生的过电压能轻易地将IGBT击穿。图1-2为IGBT的过电压波形示意图。


IGBT过电压示意图形

IGBT过电压示意图形

IGBT在关断时,由于电路中存在电感,关断瞬间产生尖峰电压,假如电压超过额器件的*高的峰值电压,将可能造成IGBT击穿。

2 静电损伤

严格来说,器件静电损伤也属于过电压应力损伤,静电型过电应力的特点是:电压较高,能力较小,瞬间电流较大,但持续的时间极短,与一般的过电应力相比,静电型损伤经常发生在器件运输、传送、安装等非加电过程,它对器件的损伤过程是不知不觉的,危害性很大。从静电对器件损伤后的失效模式来看,不仅有PN结劣化击穿、表面击穿等高压小电流型的失效模式,也有金属化、多晶硅烧毁等大电流失效模式。

3 过热损伤

过热损坏一般是指使用IGBT的结温Tj超过晶片的*大温度限定,目前的IGBT器件还是以Tmax=150℃的NPT技术为主流的,为此在IGBT应用中其结温应限制在该值一下。

4 过电流

4.1 擎住效应

由于IGBT是复合器件,其体内存在一个寄生晶闸管,在NPN管的基极和发射极之间存在一个体驱短路电阻R,在规定的漏极电流范围内,P型体区的横向空穴流会产生一定的压降,对J3结而言相对于一个正偏置电压。在规定的漏记电流范围内,NPN晶体管的正编压不足以使NPN和PNP管处于饱和状态,于是寄生晶闸管开通,栅极失去控制作用,便发生了锁定效应,它使集电极电流Ic增大,进而造成过高的功耗而导致IGBT器件的损坏。

4.2 长时间过流运行

IGBT长时间过流运行是指IGBT的运行指标达到或超过反向偏置运行**工作区所限定的电流**边界,这导致IGBT因为长时间过电流而发热损坏。

4.3 短路

IGBT所承受的电流值达到或超过短路**工作区所限定的*大边界,如4-5倍额定电流时须在10us之内关断IGBT。如果此时IGBT所承受的*大电压也超过器件标称值,IGBT必须在更短时间内被关断。

IGBT的短路主要有两种:

1. IGBT从断态直接进入短路状态。在短路开始时,集电极和发射极之间的电压是直流母线电压。在集电极电流上升过程中,由于短路寄生电感上的电压,集电极=发射极有微小的减少。当集电极电流达到稳态时,集电极-发射极又等于直流母线电压,因此,集电极=发射极电压在整个短路期间都很大,相当于直流母线电压。

2. IGBT从正常导通状态进入短路,由于短路的电流迅速上升,IGBT退出饱和状态。集电极-发射极的上升产生流过米勒电容Cge的电流Igc,这个电流在关断电阻上产生压降,导致IGBT的栅极电压在短路瞬间升高,使短路电流在栅极电压回落到正常值之前出现很大的尖峰。

原文地址:IGBT失效时参数变化规律:http://www.igbt118.net/shopstyle/articleinfo/4073938.html

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