干货｜理解IGBT的连续集电极电流IC

电子工程世界 2022-07-28 07:30 1831浏览 0评论 0点赞

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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。