理解IGBT的连续集电极电流IC
时间：2021-11-04 16:20:07
[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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