上回我們說(shuō)到，絕大部分產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的短路時(shí)間受實(shí)際應(yīng)用條件的影響，其實(shí)是說(shuō)不準(zhǔn)的。但在這說(shuō)不準(zhǔn)的世界里，偏偏有一顆IGBT逆勢(shì)而行，要做最靠譜的那一顆。
它就是IGBT7。
在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，IGBT7的短路能力定義為當(dāng)溫度Tvjop=150°C，VCC=800V，門極電壓VGE=15V時(shí)，最多可允許8µs的短路時(shí)間。盡管短路耐受時(shí)間相比IGBT4的10µs稍有縮短，但I(xiàn)GBT7的性能獲得了進(jìn)一步改善，從而使得系統(tǒng)能夠達(dá)到更低的功率損耗和更好的熱性能。
短路時(shí)間定義
數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的短路耐受時(shí)間tsc是基于圖1a中所示的IGBT橋臂直通模式。短路回路阻抗很小，以至于短路電流立即達(dá)到飽和值。短路耐受時(shí)間是從短路電流上升沿的10%計(jì)算到短路電流下降沿的10%。
對(duì)于短路阻抗通常較大的電機(jī)相間短路，短路電流因?yàn)榇笞杩苟仙^慢。這種短路發(fā)生時(shí)，IGBT先進(jìn)入飽和狀態(tài)，當(dāng)短路電流達(dá)到飽和值，IGBT才會(huì)進(jìn)入退飽和狀態(tài)，同時(shí)Vce電壓上升至直流母線電壓。在這種短路模式下，短路時(shí)間的計(jì)算是從Vce退飽和時(shí)直流母線電壓上升沿的20%計(jì)算到短路電流下降沿的10%。在從短路事件開(kāi)始到IGBT進(jìn)入退飽和狀態(tài)的這段時(shí)間內(nèi)，VCE電壓較低，因此此時(shí)芯片中的損耗沒(méi)有IGBT的Vce電壓較高時(shí)大。所以短路時(shí)間不包含最開(kāi)始的這段時(shí)間。
a）直接短路模式 b）負(fù)載短路模式
圖1
短路時(shí)間降額曲線
短路耐受時(shí)間與門極電壓、短路時(shí)的結(jié)溫和直流母線電壓等應(yīng)用條件密切相關(guān)。門極電壓越高，IGBT短路電流越大，從而使得短路耐受時(shí)間縮短。短路起始溫度越高，直流母線電壓越高，也會(huì)導(dǎo)致短路耐受時(shí)間縮短。
在1200V IGBT7的數(shù)據(jù)表中，短路耐受時(shí)間對(duì)應(yīng)的應(yīng)用條件為：直流母線電壓VCC=800V，門極電壓VGE=15V，短路時(shí)的起始結(jié)溫Tvj=150°C。當(dāng)應(yīng)用條件不同于數(shù)據(jù)表中規(guī)定的條件時(shí)，允許的短路時(shí)間也會(huì)發(fā)生改變。圖2顯示了短路耐受時(shí)間與直流母線電壓、最高結(jié)溫及門極電壓之間的關(guān)系。
圖2 短路額定值系數(shù)與溫度、直流母線電壓及門極電壓之間的關(guān)系
例如，在實(shí)際應(yīng)用中，假設(shè)運(yùn)行工況是下面這樣：
- 起始結(jié)溫是140°C
- 直流母線電壓是600V
- 門極電壓是14V
此時(shí)我們可以計(jì)算各應(yīng)用條件與額定值相比的影響因數(shù)
- 溫度影響因數(shù)：140/150=93%
- 母線電壓影響因數(shù)：600/800=75%
- 門極電壓影響因數(shù)：14/15=93%
根據(jù)圖2中的曲線，可以分別在Tvj,VCC,VGE的曲線上讀出以下降額系數(shù)：
圖3 如何讀出各應(yīng)用條件的降額系數(shù)
- A 1（Tvj的降額系數(shù)）= 1.05
- A 2（Vcc的降額系數(shù)）= 1.5
- A 3（Vge的降額系數(shù)）= 1.1
然后用數(shù)據(jù)表中的短路耐受時(shí)間tp_ds值乘以降額系數(shù)，可以計(jì)算出該應(yīng)用條件下的最終短路耐受時(shí)間：
tp1 = tp_ds x A 1 x A 2 x A 3
= 8 µs x 1.05 x 1.5 x 1.1
= 13.86 µs
可以看到，當(dāng)起始結(jié)溫、母線電壓與門極電壓都降低時(shí)，器件的短路能力有所提升。反之亦然。
