IGBT短路耐受時(shí)間的重要性

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IGBT等功率器件具有稱為“短路耐受時(shí)間（SCWT：Short Circuit Withstand Time）”的電氣特性（參數(shù)）。通常，在IGBT等功率元器件處于短路狀態(tài)時(shí)，會(huì)流過(guò)大電流并在短時(shí)間內(nèi)造成元器件損壞，但短路耐受時(shí)間意味著在發(fā)生短路時(shí)，可以承受而不至于損壞的時(shí)間，也稱之為“允許的短路時(shí)間”。

IGBT等功率元器件短路，比如IGBT（下面以IGBT為例進(jìn)行解說(shuō)），是指在集電極和發(fā)射極之間被施加了高電壓（VCC）的狀態(tài)下IGBT導(dǎo)通，并且在已導(dǎo)通的IGBT中流過(guò)很大的集電極電流IC的狀態(tài)。這可能是由控制電路故障或某種誤動(dòng)作引起的。

為了幫助您理解這種短路，在下面給出了測(cè)量短路耐受時(shí)間時(shí)的基本電路示例和波形。當(dāng)將VCC施加在關(guān)斷狀態(tài)的IGBT上、通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)電路使IGBT導(dǎo)通時(shí)，電容器中積蓄的電荷會(huì)突然流入IGBT，并且經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致IGBT損壞。到損壞所用的時(shí)間因VCC電壓、溫度、封裝類型等因素而異，大致為幾μs～幾十μs。在試驗(yàn)中，通過(guò)控制柵極驅(qū)動(dòng)電路并逐漸增加導(dǎo)通時(shí)間來(lái)確認(rèn)器件是否損壞，并重復(fù)此操作來(lái)測(cè)量直到損壞所用的時(shí)間。或者，可以通過(guò)確認(rèn)產(chǎn)品在規(guī)定的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)沒(méi)有損壞來(lái)做出合格與否的判斷。

波形圖中的產(chǎn)品是ROHM的IGBT RGS系列，最短的短路耐受時(shí)間為8μs。當(dāng)IGBT根據(jù)柵極信號(hào)導(dǎo)通（短路）時(shí)，流過(guò)集電極電流，當(dāng)它在13.5μs后根據(jù)柵極信號(hào)關(guān)斷時(shí)，集電極電流被切斷，這個(gè)IGBT并沒(méi)有損壞，這證明在這個(gè)測(cè)試條件下，這款I(lǐng)GBT能夠承受13.5μs的短路時(shí)間。當(dāng)然，8μs的保證值是有余量的。集電極電壓在短路和關(guān)斷后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)下降或上升，這取決于電容器到IGBT的集電極引腳之間的寄生電感的充電或放電，之后集電極電壓會(huì)恢復(fù)至VCC。受發(fā)熱的影響，集電極電流會(huì)隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)而減少。

如果在短路過(guò)程中IGBT損壞，基本上初期會(huì)發(fā)生短路故障，所以電流會(huì)幾乎沒(méi)有限制地持續(xù)流過(guò)IGBT，集電極電壓=VCC將下降到幾乎接地水平。當(dāng)然，即使向柵極發(fā)送關(guān)斷信號(hào)，也不會(huì)關(guān)斷IGBT并切斷集電極電流。在試驗(yàn)或評(píng)估過(guò)程中IGBT損壞的情況下，如果不及時(shí)切斷電流，可能會(huì)因過(guò)電流而發(fā)熱，甚至冒煙，在某些情況下還可能會(huì)起火，很危險(xiǎn)。因此，必須采取足夠的安全對(duì)策，比如為VCC（電源）設(shè)置適當(dāng)?shù)碾娏飨拗啤?/p>

短路耐受時(shí)間的重要性

短路耐受時(shí)間是保護(hù)功率元器件、外圍電路和所連接元器件的重要參數(shù)。使用功率元器件的電路中通常都配有針對(duì)過(guò)電流等風(fēng)險(xiǎn)的保護(hù)電路。當(dāng)功率元器件處于短路狀態(tài)時(shí)，保護(hù)電路會(huì)檢測(cè)出這種狀態(tài)并執(zhí)行保護(hù)工作，但是從檢測(cè)出來(lái)到啟動(dòng)保護(hù)工作之間需要MCU系統(tǒng)處理等時(shí)間，如果這個(gè)時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以進(jìn)行切實(shí)可靠的處理。也就是說(shuō)，短路耐受時(shí)間是確保系統(tǒng)保護(hù)功能所需的時(shí)間，該時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)處理的余量就越大，從而有助于提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

綜上所述，短路耐受時(shí)間是一項(xiàng)重要的特性，但并非所有的功率元器件都提供或保證該值。根據(jù)等級(jí)和應(yīng)用的不同，有些產(chǎn)品沒(méi)有提供，有些提供了但只是典型值（Typ.），并不是保證值，還有些則明確提供了保證值，所以在使用前需要確認(rèn)技術(shù)規(guī)格書(shū)。

此外，短路耐受時(shí)間越長(zhǎng)越有優(yōu)勢(shì)，但保證值會(huì)因制造商和產(chǎn)品系列而異。比如前面提到的IGBT RGS系列，保證值為8μs（最小值），而另一個(gè)RGT系列的保證值則為5μs（最小值）。另外，由于VCC和溫度條件各不相同，因此不僅要確認(rèn)值，還要確認(rèn)條件，這點(diǎn)也很重要。作為實(shí)例，請(qǐng)來(lái)確認(rèn)一下這些IGBT的技術(shù)規(guī)格書(shū)。參數(shù)名稱：短路耐受時(shí)間（Short Circuit Withstand Time），符號(hào)：用tSC表示條件和保證值。