[导读]IGBT数据表中连续集电极电流IC,也称为直流集电极电流,先对比一下二家不同公司的额定电流相同的IGBT产品(10A/600V)的数据表,可以看到标称的连续集电极电流IC的差异。厂家1:厂家2:在数据表中,25℃和100℃时,二个标称相同额定电流的IGBT,IC并不相同。那么,I...
IGBT数据表中连续集电极电流IC,也称为直流集电极电流,先对比一下二家不同公司的额定电流相同的IGBT产品(10A/600V)的数据表,可以看到标称的连续集电极电流IC的差异。厂家1:厂家2:在数据表中,25℃和100℃时,二个标称相同额定电流的IGBT,IC并不相同。那么,IGBT的数据表中,最大的连续集电极电流IC,到底如何定义呢?数据表中IGBT的最大连续集电极电流标示为IC,通常这个电流是一个计算值。当器件的封装和芯片的大小一定时,如对于底部有裸露铜皮的封装TO220,D2PAK,DPAK等,那么器件的结到裸露铜皮的热阻RthJC是一个确定值,根据硅片允许的最大工作结温TJ和裸露铜皮的温度TC,就可以得到器件允许的最大的功耗PD,如公式(1)所示。(1)IGBT流过最大的连续集电极电流IC时,集电极、发射极的饱和压降为VCE(sat),IC和VCE(sat)的乘积,等于IGBT允许的最大功耗PD。(2)因此,二式联立,可以得到最大的连续集电极电流IC的计算公式: (3)由公式(3),求解最大连续集电极电流IC的关键,就是如何选择VCE(sat),VCE(sat)是数据表中列出的集电极发射极的饱和压降吗?下面就以厂家1的产品为例,来看看计算的结果。在产品的数据表中,TJ为175℃,RJC=1.35K/W,由公式(1)可以分别得到TC=25℃、TC=100℃的最大功耗。可以看到,数据表中,TC=25℃时,PD=110W,因此,计算结果是相符的。数据表中也列出了由公式(1)计算得到的TC和器件最大功耗PD关系,如图1所示。图1:TC和最大功耗PD关系 数据表中,TJ=175℃时,VCE(sat)=1.8V,由公式(3)分别计算TC=25℃、TC=100℃的最大连续集电极电流IC。数据表中,TC=25℃、TC=100℃的最大连续集电极电流IC,分别为24A、18A,因此,最大连续集电极电流IC的计算结果和数据表中的结果完全不一致,那么问题在哪?很明显,是集电极发射极的饱和压降VCE(sat)的选择出了问题。 数据表中,TJ=25℃、TJ=175℃的VCE(sat),测试的条件是VGE=15V,IC=10A。 因此,使用数据表中IC=10A的集电极发射极的饱和压降VCE(sat),来计算最大连续集电极电流IC,是不正确的。因为IGBT的IC不同,饱和压降VCE(sat)也不同,如图2所示。 图2:TJ和饱和压降VCE(sat)关系 根据数据表的图2、图3、图4可以得到:当VGE=15V,IC=10A,TJ=25℃时,VCE(sat)=1.5V当VGE=15V,IC=10A,TJ=175℃时,VCE(sat)=1.8V图3:TJ=25℃, IC和VCE关系图4:TJ=175℃, IC和VCE关系 那么,如何确定最大连续集电极电流IC,所对应的集电极发射极的饱和压降VCE(sat)呢? 最大连续集电极电流IC的边界限制条件是TJ=175℃,图4就是TJ =175℃时,IC和VCE的关系,就可以用图4中曲线左边的饱和区来确定:当VGE=15V时,最大连续集电极电流IC,所对应的集电极发射极的饱和压降VCE(sat)。在图4中,把VGE=15V的曲线左边的饱和区做线性化处理,如图5所示,直线的斜率为(VCE作为纵坐标Y轴):(4) 图5:TJ =175℃,VGE=15V,IC和VCE关系 当VGE=15V,VCE和IC关系(直线)表达式为:(5) 联立公式(3),得到:(6) 求得:(7) 由图5,可以得到:VCE0=0.8V,R=0.122,由公式(7)分别计算TC=25℃、TC=100℃的最大连续集电极电流IC。 数据表 TC=25℃、TC=100℃的最大连续集电极电流IC分别为24A、18A,计算结果和数据表的值非常接近。上述计算误差的原因可能在于:(1)数据表中电流值,计算时热阻可能使用典型值;(2)基于图5的求解,具有一定误差,数据表基于输出特性实际测试数据,计算然后进行校正,结果更为准确。由图5可知:当VGE的电压不同,IC也会不同。数据表中也列出了 TC和IC的关系曲线,它们不是线性的关系,。图6:IC和TC的关系实际应用中,这个电流还应该受到封装限制,封装限制通常是指连接线的电流处理能力,导线直径对于流过的电流也有一定的限制。封装限制的集电极连续电流,通常小于上述计算的电流。对于额定的连接线的电流限制,常用方法是基于连接线的熔化温度,可以参考下面的文章。功率MOSFET铝接合线的连续电流实验功率MOSFET连续漏极电流额定值接合线限制
因此,IGBT数据表中的最大连续集电极电流IC,是基于最大结温TJ、铜皮壳温TC、器件热阻RthJC的计算值,和实际测量值相差非常大,使用中只能供参考。
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