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1、《电力电子)2006年5期器件与模块DeviCe&Module从安全工作区探讨1GBT的失效机理Thefai}UremeChanismOf!GBTbasedOnSOA1引言I。。BI。。。半导体功率器件失效的原因多种多样。失效后进行直流电流点对应的和v的乘积等于最大耗散C:。。。失效分析。功率PBC段为等功耗线CD段为二次击穿限制的也是十分困难和复杂的其中失效的主要原因,。V。。,安全工作区的边界此段不是等功耗随着的增加之一是超出安全工作区(SafeOperatingArea简称SOA),V。。。使用引起的。因
2、此全面了解SOA,并在使用中将BT功耗下降越高功耗越低这说明高电压强电场状IG。。C。态更容易出现失效的最大直流电流I和集电极一发射极电压V控制在SOA,。之内是十分重要的。SOA分为正偏安全工作区(FBSOA)、由图l可见随着脉冲宽度减小SOA扩大这里,。反偏安全工作区(RBSOA)、开关安全工作区(A要说明的是手册给的FBSOA除DCSOA之外一定SSO)和短路安全工作区(A。SCSO)2各安全工作区的物理概念IGBT的SOA表明其承受高压大电流的能力,是可靠性的重要标志。2.1正偏安全工作区(FBSOA)
3、Fg。>,、BSOA是处于V阑值电压V的输出特性曲线的有源区之内,如图l所示。图1中ABCDO所包围的。。一’区域为直流安全工作区AB段为t80c限制的最大501POw6rE16CtroniCS器件与模块《电力电子》2006年5期DeviCe&MOdU}e脉冲宽度下的脉冲,。SOA均是单脉冲安全工作区而且,。FBSOAFBSOA只考虑导通损耗不包括开关损耗所以只适用功率放大器的A类、B类及短路工作没有开关损耗的工作状态。对于一定脉宽和占空比的连续工作,其安全工作区应使用瞬态热阻曲线的计算来确定。2.2反偏安全工
4、作区(RBSOA),RBSOA是表明在箱位电感负载时在额定电压下关断最大箱位电感电流!tl、。。。I的能力1一般是最大DC额定电流,。的两倍而额定!刨玉接近反向击穿旬EPT型1GBT和NPT型GBT。PTI的反偏安全工作区略有不同型IGBT的RBSOA,。,G、,:是梯形SOANPT型IGBT的RBSOA是矩形SOA如图2下一E间突然加上过高的栅压V过高V和高垮所示。可见NPT型的IGBT。在额定电压下关断箱位电感电导的作用出现短路状态,其短路电流、。I可高达10倍的PT1GBT。,IC。A,5。流的能力强于型
5、因此PT型IGBT不适用于电感额定电流这和SSO的开通状态比较相似但1>,、。,。,、。s。,负载电路和马达驱动等电路而且短路持续时间T较短>I在整个短路时间T中1GBT始终处于导通状一般不给出短路安全工作区。所以,NPT型B。IGBT_L作区最大,1G的可靠性态在此状态下的耗能在四种安全。。。高于PT型IGBT出现失效的几率也最高5CSOA如图4所示.OA)23开关安全工区(S开关安全工作区如图3所示。由图3可见,3超s0A的失效机理2和图,。,SOA,SSOA和RBSOA相似都是矩形的所不同的是RBSOA安
6、全工作区顾名思义工作在内是安全的超只考虑关断时承受高电压大电感电流的能力。SSOA不出将是不安全的,或引起失效。由于四种安全卜作试的仅考虑关断状态,同时也考虑开启瞬间。所以SSOA兼偏置状态不同,超出5OA的失效机理也是不同的。、,FBSOARBSOA。,FBSOASCSOA和SOA顾和两种状态的考虑另外纵坐标的S的开启状态均为正偏而一,、m;nl。。,电流RBSOA是I而SSOA是最大脉冲电流Ic一个RBSOA为反偏众所周知IGBT失效的主要原因是寄,。c。。是最大箱位电感电流一个是最大脉冲电流而且两者生SC
7、R的锁定(Lath一up)和超结温t工作出现的烧毁在手册中给出的数值又是相等的。现在有的公司只给出(l)RBSOA的失效:在额定电压下关断箱位电感电,。,、:,,SSOA不再给出FBSOA和RBSOA在IGBT开启时流I时由于关断来自1GBT发射极的沟道电子电流C。,。,。PNPPNP往往是V没有降下来/就达到负载电流I在有续流寄生管发射极注入到高阻漂移区(管的基区)的。十I「rm。rrm一PN1GBT作用时还要达到I1为续流二极管的最大反向少子空穴部经过N管的基区从的发射极流,·恢复电流。。l;,NPN。一.
8、、因此导通过程也存在高压大电流状态出当该空穴电流在管的基区电阻RL压降12.4短路安全工作区(SCSOA)R、。)0.7v时,NpN管导通,其共基极放大系数anpnSCSOA是IGBTC一E间处于高压(额定反向电压)迅速增大。同时由于PNP管的集电极处于高压,集电Pow6rElectmnicS!51《电力电子)2006年5期器件与模块Dev]ee&MOduie,11,、。,结耗尽层宽度
