安全工作區 (SOA) 定義為 IGBts 可以預期在不自損壞或退化的情況下執行的電流和電壓條件,分為正向偏置和反向偏置安全工作區(FBSOA 和 RBSOA)。 正向偏移安全工作區 (FBSOA) 定義了 IGBT 啟動期間的可用電流和電壓條件。 反向偏置安全工作區 (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。 工程師必須考慮所有極端操作條件,同時確保器件的引數在 SOA 範圍內。 IGBT不僅需要在安全的工作區域使用,而且需要控制器件的工作溫度。
下圖顯示了英飛凌的明星產品用於 ikw30n60h3 的 FBSOA曲線:
SOA的右邊框是IGBT耐壓限值(藍色),上邊框是最大安全關斷電流限值(紅色)。
根據產品規格書的最大引數欄,右框對應600V的耐壓,上框對應最大安全停機電流120A
注意曲線底部紅圈中標註的測試條件:D=0,TC=25,TJ<=175,VGE=15V,表示驅動電壓為15V,在單脈衝條件下,最大結溫限制在175,同時器件外殼溫度為25。 這是乙個非常常見的測試條件,但許多工程師對 TC=25 設定感到困惑。 因為在大多數工作條件下不可能將裝置外殼溫度保持在 25,我們如何才能得到不同外殼溫度下我們需要的 SOA 曲線呢? 以下為計算方法供大家參考。
我們將IGBT殼體溫度設定為100,這是實際應用中非常常見的殼體溫度,其他參考條件保持不變。
10us單脈衝,這條曲線我們將展開。
首先,我們在瞬態熱阻表中找到脈衝寬度為10us的單個脈衝對應的瞬態熱阻:zth=00125k/w
殼體溫度低於 100 對應於 tj=175 時的溫公升:
t=175℃-100℃=75℃
計算相應的損失:
我們可以分別計算相應的極限電流和電壓,而不是SOA曲線的邊界。
VCE=600V時的相應極限電流:
IC=120A,對應極限VCE:
我們在 SOA 曲線邊界中找到 50V 和 10A 兩點,如下圖所示
將這兩點連線起來,得到對應於 100 殼溫度下的 10us 脈衝的 SOA 曲線:
使用相同的計算方法,可以得到其他相應的單脈衝極限曲線,例如:
通過上面的計算過程可以看出,SOA曲線其實是受到最大結溫、瞬態熱阻、殼體溫度等多種因素的限制,原廠規範往往只給出特定殼體溫度下的SOA曲線。 當外殼溫度公升高時,相應的SOA曲線會向下移動,相應的安全工作區域也會變小。