IGBT模块/IPM的安全运行设计方案

IGBT模块/IPM的安全运行

IGBT关断时，安全工作的VCE-IC 的工作范围称为反向偏压安全工作区（RBSOA: Reverse Bias SafeOperation Area），也称开关安全工作区，是指重复关断运行时最大允许瞬时电压电流。即图1中所表示的范围。在设计缓冲电路时要保证使关断时VCE-IC 的工作轨迹全部容纳在该RBSOA 区域内。该 RBSOA 分为通常交换工作时（实线、往返）和大电流（短路）时（虚线、非往返）的两种区域。为方便起见，将实线中的区域称为RBSOA，虚线中的区域称为SCSOA （ Short Circuit Safe Operation Area）。由于SCSOA 区域在集电极电流变大时有变窄的倾向，需要加以注意。IPM 内置栅极驱动电路和保护电路可以对超出IGBT 安全工作区的运行模式加以保护以免模块受损。

图1 反向偏压安全操作区（RBSOA）

图2、图3为IPM/IGBT模块开关安全工作区及短路安全工作区示意图。

图2 开关安全工作区

IOC，VCES，VCC，3 个指标都不超过其规定值则工作在安全工作区内。

图3 短路安全工作区

只要满足给出的技术指标一般不会损坏。

1. 模块本身对环境参数的要求：安全工作区

任何情况下都不要超过规定的最大额定值，对IPM来说，Vce

2. 选择合适容量的器件。

3. 合理设计(接口电路和主电路)：减少引线电感，防止互相干扰；故障端子Fo的利用。

4. 防止模块损坏的软件设计：根据应用场合(负载)特性进行匹配编程，防止某些点出现异常电流；

死区时间(tdead)的设计：大于规格书中的推荐值(IPM端子处)；Fo中断的处理以及主电路电流的控制，等。

5. 上/下电时序问题：上电是先控制回路后主电路；下电正相反。

IGBT/IPM的安全工作区(SOA)

短路安全工作区(SCSOA)

IGBT模块的功率循环寿命曲线如下图：

IGBT模块的功率循环寿命曲线如下图：

IPM (以DIP IPM为例）功率循环寿命曲线如下图：

DIP IPM的结温变化ΔTj对功率循环寿命的影响非常显著，为了确保大功率循环具有较低的失效概率，有必要避免器件结温的剧烈变化。

编辑：黄飞