IGBT主要用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)和各類變流器，IGBT的抗短路能力是系統(tǒng)可靠運(yùn)行和安全的保障之一，短路保護(hù)可以通過(guò)串在回路中的分流電阻或退飽和檢測(cè)等多種方式實(shí)現(xiàn)。

IGBT是允許短路的，完全有這樣的底氣，EconoDUAL?3 FF600R12ME4 600A 1200V IGBT4的數(shù)據(jù)手冊(cè)是這樣描述短路能力的，在驅(qū)動(dòng)電壓不超過(guò)15V時(shí)，短路電流典型值是2400A，只要在10us內(nèi)成功關(guān)斷短路電流，器件不會(huì)損壞。

IGBT的短路承受能力為短路保護(hù)贏得時(shí)間，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路可以從容安全地關(guān)斷短路電流。

器件的短路能力不是免費(fèi)的，代價(jià)是器件損耗。短路能力可以用短路承受時(shí)間來(lái)描述，提高短路承受時(shí)間可能需要犧牲飽和壓降，進(jìn)而關(guān)聯(lián)到關(guān)斷損耗，因?yàn)轱柡蛪航蹈吡?，有時(shí)需要犧牲關(guān)斷損耗來(lái)降低。

一種方法是——把IGBT中的MOS溝道做寬，提高M(jìn)OS溝道的寬長(zhǎng)比W/L，可以降低導(dǎo)通時(shí)的飽和壓降，但這樣短路電流會(huì)增加，短路可承受時(shí)間縮短。

基于這機(jī)理，IGBT的技術(shù)在發(fā)展：

上面討論有些應(yīng)用并不會(huì)發(fā)生器件短路，而不是系統(tǒng)輸出不會(huì)短路，系統(tǒng)輸出短路會(huì)在器件上產(chǎn)生大電流，設(shè)計(jì)中必須要考慮合適的過(guò)載保護(hù)，把器件的關(guān)斷電流控制在反向安全工作區(qū)內(nèi)，對(duì)于IGBT模塊一般是兩倍的標(biāo)稱電流。

大電流不一定是短路，為了講清這個(gè)問(wèn)題，我們需要分析IGBT的輸出特性Ic=f(Vce)，圖中是FF900R12ME7_B11,900A 1200V IGBT7的輸出特性，它給出了在2倍的標(biāo)稱電流以內(nèi)，在不同柵極電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的集電極和發(fā)射極之間電壓。圖表中的[敏感詞]電流是1800A，這是900A IGBT模塊能保證的關(guān)斷電流值。

為了討論問(wèn)題我把輸出特性Ic=f(Vce)展開(kāi)一下，展開(kāi)到9倍的標(biāo)稱電流，7-8倍的飽和壓降，這樣各種要解釋IGBT大電流工況都在圖上了。

大電流工作范圍是綠色區(qū)域，短路區(qū)域的例子圖中用紅綠框框起來(lái)的部分，這時(shí)電流大，并且器件退出了飽和區(qū)，反向工作安全區(qū)，電流不能超過(guò)RBSOA的規(guī)定值，關(guān)斷開(kāi)始時(shí)刻器件是飽和狀態(tài)，這是不連續(xù)的兩個(gè)區(qū)域。

原理性解釋參考：如何理解IGBT的退飽和現(xiàn)象以及安全工作區(qū)

為了說(shuō)明問(wèn)題，我們出一道計(jì)算題：

給IGBT一個(gè)電感負(fù)載，紅色的電感電流從零開(kāi)始線性上升，100毫秒內(nèi)達(dá)到2倍的IGBT標(biāo)稱電流，藍(lán)色的是IGBT飽和電壓，Vce=V0+Ic*r，電壓是在Vo基礎(chǔ)上線性上升。

把IGBT接在900V直流母線上，在短路前的初始狀態(tài)，電流已經(jīng)接近2倍的標(biāo)稱電流，這時(shí)發(fā)生短路，電流快速上升到6倍的標(biāo)稱電流，短路檢測(cè)電路在10us時(shí)成功關(guān)斷IGBT，關(guān)斷前的母線電壓是900V,在10us內(nèi)，短路功率是6倍的標(biāo)稱電流乘以900V，如果以600A 1200V為例，短路瞬時(shí)功率為3.24MW!!!

冷靜下來(lái)看看積分的結(jié)果，100ms內(nèi)IGBT損耗能量是0.3Ws*In/A，而10us短路的能量是0.054Ws*In/A，誰(shuí)大誰(shuí)小，大大出乎意料。在這個(gè)例子在短路時(shí)的損耗只有IGBT 100ms電感工況下的18%。但由于由于短路時(shí)瞬間電流和功率非常大，結(jié)溫會(huì)大大超過(guò)芯片允許的工作結(jié)溫，對(duì)器件的物理連接的機(jī)械應(yīng)力也很大，是個(gè)嚴(yán)酷工況。參加參考文章：功率半導(dǎo)體冷知識(shí)：IGBT短路結(jié)溫和次數(shù)。

只要IGBT的短路保護(hù)電路和系統(tǒng)過(guò)載保護(hù)設(shè)計(jì)合理，短路不用手發(fā)抖。

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