溫度對IGBT器件功耗的影響分析

1、溫度對IGBT器件功耗的影響分析摘要:IGBT在實(shí)踐中結(jié)合了 MOSFET與CTR器件優(yōu)勢的功率器件，通常普遍使用 在電力電子行業(yè)。然而，在電力電子器件探究過程中，其關(guān)鍵的兩項(xiàng)為功耗與功 率特性，因此，率先針對IGBT器件基礎(chǔ)構(gòu)造特征與工作原理進(jìn)行闡述，同時(shí)介紹 了 IGBT器件的尾流特點(diǎn)，以及功耗產(chǎn)生方面進(jìn)行解析。并且探析了溫度對IGBT 器件功耗有哪些影響因素，最終提出解決問題的相關(guān)意見。關(guān)鍵詞:溫度；IGBT器件；功耗；影響分析在實(shí)踐中大家或多或少會了解驅(qū)動，則自然就對IGBT器件應(yīng)該非常熟悉，其 IGBT又稱作絕緣柵型晶體管，本身結(jié)合了電力晶體管與電力場效應(yīng)晶體管的優(yōu)勢， 通常會應(yīng)用到

2、非常突出的全控型電力電子器件當(dāng)中，也會普遍使用到變頻器整流 與逆變單元當(dāng)中。而具備開關(guān)速率快、驅(qū)動電路不復(fù)雜、輸入阻抗高、耐壓性高、 電流大的優(yōu)勢為IGBT器件。然而，隨之電學(xué)平穩(wěn)性不斷提高，其促進(jìn)了商業(yè)化進(jìn) 程，使得IGBT器件獲得了普遍關(guān)注度。接下來，就重點(diǎn)闡述一下溫度對IGBT器 件功耗產(chǎn)生的影響進(jìn)行解析。一、IGBT器件基礎(chǔ)構(gòu)造與工作原理實(shí)踐中MOSFET器件跟IGBT的基礎(chǔ)構(gòu)造和功率非常相近。然而，其最大的區(qū) 別就是，會在漏極上增添一個(gè)P+區(qū)，從而能夠滿足IGBT器件相關(guān)功能。另外， 針對基礎(chǔ)構(gòu)造來講，ICBT器件能夠等效為N溝道MOS-FET與PNP晶體管構(gòu)成的 電路，實(shí)踐中的主導(dǎo)

3、元件為IGBT器件雙極型晶體管，并將MOSFET為驅(qū)動元件的 復(fù)合器件。如果拿IGBT器件N溝道舉例，IGBT器件基礎(chǔ)工作原理為經(jīng)過在柵極 和發(fā)射極之間實(shí)施加正的柵極偏壓，則會從柵電極正下方P區(qū)當(dāng)中，產(chǎn)生導(dǎo)電溝 道間，即為反型層。經(jīng)過產(chǎn)生的電子溝道，則將給PNP型晶體管供應(yīng)基極電流， 讓IGBT器件在驅(qū)動PNP型晶體管導(dǎo)通。相反，在柵極實(shí)施一種負(fù)偏壓或者小于 閾值電壓的時(shí)候，則結(jié)果不會由P區(qū)產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，斷開了 PNP型晶體管的基極 電流，才能截止IGBT器件。二、IGBT器件的尾流特點(diǎn)IGBT器件截止實(shí)踐中，經(jīng)過的MOSFET快速降低，然而，其中的集電極電流 逐步緩慢降低，此種狀態(tài)就是通常講

4、的IGBT器件的尾流特性。究其產(chǎn)生的因素為 在N區(qū)中，會存留定量的經(jīng)過正向?qū)◤亩鴮⒖昭ㄉ僮舆M(jìn)入，并在截止進(jìn)程中， 集電極電流就會和N區(qū)里面留存的空穴實(shí)現(xiàn)復(fù)合，則會造成ICBT器件不能正常 斷開。而截止時(shí)的電荷密度大小決定著尾流減少的速度，此外，電荷密度同摻和 的雜質(zhì)濃度、摻和區(qū)域的厚度與結(jié)溫等各種各樣的原因有關(guān)聯(lián)。介于少子的降低， 則會讓集電極電流產(chǎn)生特點(diǎn)尾流波形，并也造成器件功耗提升，從而干擾了 IGBT 器件的斷開特點(diǎn)與工作速率。介于空穴少子和尾流特性有關(guān)聯(lián)，尾流的電流值和 空穴的遷移率會產(chǎn)生緊密的關(guān)聯(lián)，從而遷移率也和、與結(jié)溫等數(shù)據(jù)有關(guān)聯(lián)。所以， 需要經(jīng)過調(diào)動、和等數(shù)據(jù)進(jìn)而控制尾流特點(diǎn)。

5、三、IGBT器件的功耗解析IGBT功耗受到溫度的干擾非常大，要是使用到外太空等低溫處境或者高溫處 境下，因此，探究溫度對于IGBT器件功耗的影響有著現(xiàn)實(shí)積極的作用。因此，IGBT器件的功耗實(shí)踐中，重點(diǎn)體現(xiàn)在兩項(xiàng)：第一，在IGBT柵極實(shí)施正向偏壓過 程，IGBT導(dǎo)通過程出現(xiàn)了飽和電壓與電流形成的靜態(tài)功耗，而=d*公式為靜態(tài)功 耗，其跟柵極電壓、導(dǎo)通電流與結(jié)溫有一定關(guān)聯(lián)。第二，在ICBT器件進(jìn)行開關(guān)過 程中，導(dǎo)通電流和漏極電壓有重疊期，形成了導(dǎo)通功耗與截止功率，而二（+）* 公式為總動態(tài)功耗，跟開關(guān)過程中，導(dǎo)通電流、電壓與結(jié)溫有一定聯(lián)系。四、溫度變動對于IGBT器件功耗產(chǎn)生的影響狀況借助ICBT器

6、件熱阻模型，如果將功耗由正弦半波的方式出現(xiàn)時(shí)，其熱阻模型 的性質(zhì)展現(xiàn)為熱容性。而IGBT器件的結(jié)溫關(guān)聯(lián)展示是二+，而器件制造工 藝跟熱阻的大小有一定關(guān)聯(lián)，假如芯片尺度變大，熱阻的值變小；IGBT模塊尺度 變大，則值會變??；而散熱器規(guī)模變大，則值變小。此外，畢竟IGBT的機(jī)械在設(shè)計(jì)時(shí)，采取了幾層不一樣的原材料，則IGBT芯 片形成的熱損與基板間隔熱阻非常大，此熱量會經(jīng)過IGBT基板輸送到功率模塊上 面，結(jié)果被散熱器吸納。所以，在周期性交變電流負(fù)載過程中，會導(dǎo)致IGBT芯片 當(dāng)中，產(chǎn)生非常大的溫度波動，相對基板與散熱器的溫度比較穩(wěn)定。然而，在相 對運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下，則會產(chǎn)生很大的溫度波動OTChip，導(dǎo)

7、致IGBT模塊承擔(dān)了非常大 的熱應(yīng)力，從而極大減少了使用的周期。然而，在實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)中，裝有IGBT的變頻 器運(yùn)轉(zhuǎn)在低頻高輸出電流情況下，當(dāng)?shù)皖l運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果輸出電流在正半周，結(jié)果 會在相當(dāng)長時(shí)段內(nèi)，輸出的電流只能經(jīng)過連接DC正母線的IGBT，因此，此IGBT 的芯片溫度不斷提升，然而銜接DC負(fù)母線的IGBT芯片卻被冷卻。相反輸出電流 在負(fù)半周過程中狀態(tài)則不同。尤其在此運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下，即便輸出電流的高效數(shù)值繼 續(xù)不變動，而隨后輸出頻率的變動，電流負(fù)載在IGBT芯片上不斷改變，同樣會導(dǎo) 致芯片溫度TChip與溫度波動OTChip變大。因此，IGBT準(zhǔn)許的溫度周期數(shù)值非 常有限，跟溫度波動的提升，會導(dǎo)致成比

8、例的降低。所以，IGBT的使用周期也會 跟著溫度波動的提升隨之縮減。五、解決溫度對于IGBT器件功耗干擾的建議如何確保IGBT模塊的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，則需要防止芯片溫度迅速提升，導(dǎo)致IGBT的 迅速要害損傷，另外，需要杜絕溫度波動太大，導(dǎo)致降低IGBT使用周期，詳盡的 解決方法為：第一，IGBT的絕對芯片溫度一定不可以大于準(zhǔn)許的極限值。不論在 怎樣的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下一定不能超過極限值，才可以確保IGBT芯片不能在瞬間溫度提 升，導(dǎo)致嚴(yán)重的損害。而在SINAMICS變頻器中，其中的溫度監(jiān)視模型則會在 IGBT提升到準(zhǔn)許的極限值的過程中，緊接著觸碰過載反應(yīng)，能夠防止芯片溫度提 升太高，導(dǎo)致嚴(yán)重受損，需要注意的就

9、是配置時(shí)期務(wù)必應(yīng)用相關(guān)方法，使正在運(yùn) 轉(zhuǎn)模式下的驅(qū)動不能夠觸碰保護(hù)裝置。第二，IGBT的溫度波動或許占到整體運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)間非常小的局部。怎樣避免減少IGBT的使用周期，則務(wù)必達(dá)成不大于準(zhǔn)許的極 限值。而溫度的波動不可以被溫度模型監(jiān)視，因此，在配置時(shí)段務(wù)必使用相關(guān)方 法完成以上所提到的兩個(gè)條件?？偨Y(jié)：總而言之，利用仿真軟件將會主要通過溫度、熱阻等針對ICBT器件功耗影響機(jī) 理進(jìn)行分析工作，并跟著外部溫度的變化，結(jié)溫線性提升，隨之讓導(dǎo)通電流展現(xiàn) 指數(shù)函數(shù)方式增長，造成ICBT的功耗明顯升高。此外，需要在實(shí)踐減少工作溫度、 降低熱阻、提升器件散熱能力，能夠高效減少IGBT的功耗，以及對尾流特點(diǎn)的十 擾，進(jìn)而提升器件的平穩(wěn)性。因此，仿真結(jié)果會對于IGBT器件的平穩(wěn)性，及其性能提供非