0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

IGBT集电极电压超过额定电压会发生什么?

jf_pJlTbmA9 来源:英飞凌工业半导体 作者:英飞凌工业半导体 2023-12-08 16:55 次阅读

作者:赵佳,来源:英飞凌工业半导体

IGBT数据手册中,显眼的位置都会给出最大额定电压的定义,例如:

wKgZomVdmLKAHMCMAAE-qNcSx04302.png

FF450R12ME4中关于最大额定电压的定义

我们常常被告诫:实际应用中,IGBT集电极电压绝对不能超过额定值,否则器件有可能被击穿。

然后有的同学并不死心:如果我只超了一点点呢,1210V就会击穿吗?如果只是一个非常短非常短,比如只有1us的脉冲呢?功率器件也没那么脆弱啊对不对?

要回答这个问题,我们真的给它加上过电压试试!

我们把1200V IGBT门极和发射极连接在一起,在集电极和发射极之间施加电压,并且逐步增加电压值,同时观测漏电流。当漏电流急剧上升时,我们称器件发生了雪崩击穿。

wKgaomVdmLiAblIIAACoMIUWjiA313.png

为什么会发生雪崩击穿?

在IGBT结构中,P阱和N衬底会形成一个PN结。集电极和发射极之间加电压时,相当于给PN结加了一个反向电压,PN结两边形成空间电荷区。当PN结反向电压增加时,空间电荷区中的电场随之增强。这样通过空间电荷区的电子,就会在电场作用下,不断的加速。当电场增加到一定临界值,自由运行的电子获得的速度将足以撞击出其它原子里的电子,产生自由电子和空穴。而新产生的自由电子又会撞击其它原子,继续产生自由电子和空穴。一撞十,十撞百,百撞千,就像滚雪球一样,IGBT内部载流子迅速增加,流过PN结的电流也急剧增大,这种碰撞电离导致击穿就称为雪崩击穿。

wKgZomVdmLmAE1LmAACBFfodn_A851.png


发生雪崩击穿后器件一定损坏吗?





发生雪崩击穿后器件一定损坏吗?并不是。功率器件都有一定的雪崩耐量。对于设计良好的IGBT来说,如果雪崩时我们能够把电流控制在很低的水平,即雪崩能量不超该器件的临界能量,那么雪崩击穿是可逆的,可以反复多次测试。而且一般功率器件实际的雪崩击穿电压,都会比标称的额定电压留有一定裕量。

wKgaomVdmLuAMuIUAADU7zsrILs973.png





FF600R17ME4的雪崩击穿曲线,实际击穿电压为2000V

好的,既然器件设计中耐压会有一定的裕量,雪崩后器件也不一定损坏,那电压稍微超一点也不用担心了对不对!

不对!首先要明确的一点是,上述雪崩击穿测试是静态测试,即在器件未开启,没有导通电流时进行测试,这时器件内部只有少量的自由电子。而实际应用中,最常出现过电压的情况,是在IGBT关断时,快速变化的di/dt在回路杂散电感上产生感应电压,叠加在母线电压上,使IGBT集电极承受比较高的电压尖峰。

wKgZomVdmLyAA1Q0AADJbCfud6U069.png


在这个过程中,IGBT依然有很大的电流流过,器件内部充盈着大量的电子和空穴。多余载流子变相降低了衬底的电阻率,使衬底的临界电场远低于静态条件下的临界电场,也就是动态下的雪崩击穿电压要远小于静态下的雪崩击穿电压。这时如果集电极出现比较高的电压就容易发生动态雪崩击穿。

好吧,那我就不开关IGBT,总可以多加点电压了吧?也不是!要知道,数据手册上给出的额定电压,是指25℃结温条件下,IGBT阻断电压不低于这个值。但IGBT的阻断电压是随温度的降低而降低的。25℃时额定电压1200V的器件,在零下40℃的条件下,额定电压可能就只有1100V了。另外海拔也是制约IGBT阻断电压的一个因素。海拔越高,宇宙射线引起的失效概率更高,而更高的母线电压会加剧这种失效。所以高海拔应用时一般要做电压降额。

wKgaomVdmL6AUuuqAAHE7dDk0PQ684.png

现在明白了吧,好好对待你的IGBT,多给它留点裕量。此外还要尽量降低环路杂感电感,避免产生过高的电压尖峰。如果杂感很难降低,也要加点保护,比如有源钳位、两电平关断、吸收电容。详细内容见后篇分解。

审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • IGBT
    +关注

    关注

    1266

    文章

    3790

    浏览量

    248909
  • 集电极
    +关注

    关注

    4

    文章

    214

    浏览量

    22175
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    集电极放大器的工作过程

    集电极放大器,也称为电压输出电路、集电极跟随器、射极输出器或射极跟随器,是一种基本的电子放大器电路。其显著特点是高输入阻抗、低输出阻抗以及输入输出电压同相。共
    的头像 发表于 10-15 13:35 651次阅读

    电容器在运行中电压超过额定电压需要退出运行吗

    当电容器运行中的电压超过额定电压时,通常需要采取措施。如果电压超出额定
    的头像 发表于 09-19 14:44 1207次阅读
    电容器在运行中<b class='flag-5'>电压</b><b class='flag-5'>超过</b><b class='flag-5'>额定</b><b class='flag-5'>电压</b>需要退出运行吗

    集电极开路的作用有哪些

    集电极开路逻辑作为一种独特的输出方式,其输出端可以吸收电流,但无法提供电流。这一特性使得多个集电极开路输出能够轻松地连接在同一条公共信号线上,而不会发生相互干扰。这种设计不仅节省了布线空间,还提
    的头像 发表于 09-19 10:47 277次阅读

    集电极开路工作原理是什么

    的应用前景。 当输出接地时,输出端的电压被拉低至0伏,此时电流得以顺畅通过负载;而当输出开路时,输出端与地断开连接,输出电压则等于电源电压。这种电压的切换机制为电路设计提供了极大的灵活
    的头像 发表于 09-19 10:29 530次阅读

    igbt功率管栅极和集电极并联电容的作用

    )、发射极(Emitter)和集电极(Collector)三个部分组成。 IGBT的工作原理如下: 当栅极电压V_GS大于开启电压V_GE时,
    的头像 发表于 08-07 15:33 1709次阅读

    igbt如何选择合适的驱动电压

    IGBT的正常工作至关重要。 IGBT的工作原理 IGBT是一种三端子器件,包括栅极(Gate)、集电极(Collector)和发射极(Emitter)。
    的头像 发表于 07-25 10:28 970次阅读

    IGBT的内部结构 如何确定IGBT额定电压

    集电极-发射极额定电压(UCES) :IGBT在截止状态下,集电极与发射极之间能够承受的最大电压
    的头像 发表于 05-01 15:13 2624次阅读
    <b class='flag-5'>IGBT</b>的内部结构 如何确定<b class='flag-5'>IGBT</b>的<b class='flag-5'>额定</b><b class='flag-5'>电压</b>?

    IGBT的四个主要参数 | 变频器igbt工作原理和作用 | 变频器igbt和pwm的区别是什么

    主要参数如下:       1. 最大额定电压:这是指在正常工作条件下,IGBT能够承受的最大集电极-发射极电压
    的头像 发表于 03-22 08:37 5161次阅读
    <b class='flag-5'>IGBT</b>的四个主要参数 | 变频器<b class='flag-5'>igbt</b>工作原理和作用 | 变频器<b class='flag-5'>igbt</b>和pwm的区别是什么

    igbt启动最低电压多少伏正常

    (Gate-Turn-Off)晶闸管的器件。在正常情况下,IGBT的启动最低电压通常为数伏。 IGBT的工作原理是将控制信号作用于栅电极,从而在集电
    的头像 发表于 03-12 15:38 3324次阅读

    IGBT模块尖峰电压吸收电路设计详解

    关断IGBT时由于电感中储存有能量,集电极-发射极间会发生浪涌电压
    的头像 发表于 02-26 12:18 1.7w次阅读
    <b class='flag-5'>IGBT</b>模块尖峰<b class='flag-5'>电压</b>吸收电路设计详解

    什么是IGBT的退饱和?为什么IGBT会发生退饱和现象?

    什么是IGBT的退饱和?为什么IGBT会发生退饱和现象? IGBT是一种高性能功率半导体器件,结合了MOSFET和BJT的优点。它在高电压
    的头像 发表于 02-19 14:33 4546次阅读

    IGBT的动态特性及开通过程

    导通时,当栅极电压高于阈值电压,电流开始通过IGBT。饱和电压下降速度表示在IC(集电极电流)上升到特定值时,VCE(
    发表于 02-06 10:42 2426次阅读
    <b class='flag-5'>IGBT</b>的动态特性及开通过程

    聊聊什么是IGBT的膝电压

    电压的概念、原理、影响因素以及应用进行详细阐述。 膝电压是指在IGBT导通状态下,集电极与发射极之间的电压降,通常以Vce(sat)表示。在
    的头像 发表于 02-03 16:23 1806次阅读

    什么是共集电极、共基电路、共射放大电路?

    集电极作为输出端,而基极通过输入信号与一个偏置电压相连。 - 输入信号被放大,但输出与输入信号的相位相同,不发生相位反转。 - 共集电极电路具有
    发表于 01-19 15:36 4617次阅读
    什么是共<b class='flag-5'>集电极</b>、共基电路、共射放大电路?

    如何判断三极管的工作电压

    额定电压:首先要查看三极管的规格书或数据表,找到其额定的最大集电极-发射极电压(VCEO)和最大集电极
    的头像 发表于 01-02 18:06 1051次阅读