IGBT器件短路分类、过程及设计

时间： 2024-09-13 来源：阿基米德半导体公众号

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1、引言

目前，IGBT作为电力电子领域普遍应用的功率半导体器件，短路能力是其重要的技术指标之一，SCSOA 指的是短路安全工作区，用来描述器件的短路鲁棒性。对于功率器件来说，该参数至关重要。在实际应用中，负载短路的情况下，器件在短时间会同时承受大电流、大电压。通常应用电路有短路保护电路，但该电路反应需要时间，通常至少为 10μs，这段时间需要器件能够承受这段非正常工作时间内的压力。本篇暂时只叙述短路能力的设计，短路震荡的问题将在下一篇中详解。

2、短路分类

短路工况分为三类：

（1）一类为直接短路负载情况下，导通IGBT，此时短路负载电感很小，IGBT从关断状态进入短路状态，在栅极信号的作用下，lGBT开通并直接进入短路状态。这时的短路电流值等于IGBT在标准栅压(Vge=15V)下的饱和电流值。IGBT在短路状态下需要同时承受高压和大电流，并维持一段时间(一般为10μs)。

（2）第二类为从导通状态下进入短路状态。

（3）第三类为从关断状态进入导通状态在进入短路状态。由于一类短路是IGBT器件经常遇到的工况，且其工况更为严苛，此片只描述一类短路。

图1 IGBT器件短路测试电路

图2 IGBT器件一类短路测试波形

整个短路过程为：

1）器件导通之前，因为负载已经短路，此时集射极电压Vce等于母线电压Vdc，集电极电流Ice为零；

2）测试电路外加脉冲抬高栅极电压Vge，随着栅极电压Vge的增大，器件逐渐开启，集电极电流Ice迅速升高。

3）电感上某时刻的电压与通过它的电流的变化率di/dt以及电感值L0成正比。所以IGBT导通时迅速增加的集电极电流Ice在负载电感L0上产生感应电压，母线电压Vdc被电感分担一部分，导致集射极与发射极间电压Vce下降。

4）IGBT集射极电压Vce的变化，会通过米勒电容Cgc反馈给栅极。Vce减小使 Vge增大，根据IGBT输出特性，Ice随Vge同步增大，所以在Vge达到峰值处，Ice也达到短路峰值电流Isc,peak。

5）在集电极电流Ice的上升速率开始减小时，电感电压V0减小，Vce开始从最低值增大，Vce增大又导致Vge减小，进而导致Ice减小；因为Vge增大在密勒电容上感应出电流，该反向电流流过回路负载电感L0，感应出反向电压，导致Vce大于Vdc。

6）当Vce稳定后，不再产生感应电压，即Vce重新等于Vdc，此阶段为短路稳态，Vce几乎不变。由于短路稳态阶段高电压和大电流同时施加在器件上，导致器件结温不断上升，而载流子迁移率随结温升高而减小，所以曲线上能看到短路电流随 Tmax升高有下降的趋势。

7）在短路稳态后的关断过程，Ice跟随栅极电压Vge的下降而逐渐减小，因为集电极的电流下降率很大，所以在电感上感生出很大的反向电压，导致Vce产生正向的电压尖峰。

3、IGBT器件短路设计

由于在短路工作期间没有负载阻抗，在IGBT结构中其饱和电流变成了短路工况下流过电流的唯一限制。如下公式表示在短路期间IGBT结构单位面积的功耗：

式中，Vdc是母线电压，Isat是由栅极电压所决定的饱和电流密度。假设功率加在整个芯片上，且暂时不考虑瞬时散热，根据热平衡方程：

得出温升公式：

式中，C是比热容，S是芯片有源区面积，S是芯片有源区面积，ρ是材料密度，W是芯片厚度，t是短路时间。

内建电势决定着零偏置耗尽层宽度，某一温度下内建电势变为0后，PN结失控，对于硅器件，这个温度大约为700K。所以可以通过上式计算出芯片需求的短路时间。

4、参考文献

[1]王禹,陈子墨,花清源,等.1700V Primepack IGBT短路栅极振荡试验与分析[J].集成电路应用,2022,39(06):24-27.DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2022.06.010.

[2]王万.基于1200V沟槽栅FS IGBT的短路鲁棒性研究及工艺优化[D].电子科技大学,2022.DOI:10.27005/d.cnki.gdzku.2022.004263.

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目录- 整流桥 Rectifier Bridge 整流二极管 Rectifier Diode 快恢复二极管 Quick-recovery Diode 超高效整流二极管 Ultra High Efficiency Rectifier Diode 肖特基二极管 Schottky Diode 光伏二极管 Photovoltaic Diode 瞬态抑制二极管 Transient Voltage Suppressor 稳压二极管 Zener Diode 放电管 Discharge Tube 静电放电 ESD 小信号开关二极管 Small Signal Switching Diode 小信号肖特基二极管 Small Signal Schottky Diode 小信号三极管 Small Signal Triode 小信号数字晶体管 Small Signal Digital Transistor 晶闸管/整流二极管/三相整流桥模块 THYRISTOR/RECTIFIER/ THREE PHASE RECTIFIE DIODE MODULE IGBT模块 IGBT MODULES 肖特基模块/碳化硅肖特基模块 SCHOTTKY MODULES/SIC SCHOTTKY MODULE 快恢复二极管模块 FRD DIODE MODULES 中低压MOS管 Medium and Low Voltage MOS Tube

型号- 1N4743A,MD350A12D4,MD165C08D2,ZMM55C22V,MT200DT08L2,SMF10CA,1N5941B,MMSZ5222B,BC807-16W,GBL408A,HER602G,H2MF,1N4742A,MT200U08T2,GS2GA,SMB3Z190A,1N5940B,MMSZ5223B,MF400K06F3,MBR30100FCTS,1N5393GS,HER603G,BZX55C8V2,GR1G,1N4745A,S315,MD600C08D5,GR1K,GR1J,GR1M,MBRL20100FCT,ZMM55C24V,MD75S12M2,SSL310B,1N5943B,MD75S12M4,SSL310A,S320,P6KE68C,GBL406A,HER604G,GR2B,GR2A,GR2D,1N4746A,SMF120CA,MD75S12M8,1N4744A,BZT52C8V2,SMB3Z3.3A,SR140L,SMA2Z43A,MMSZ5225B,GS2JA,1N5942B,S310,GR1A,HER605G,GR1B,MD75S08NM2,SA48CA,GR1D,GR3K,GR3J,GR3M,HER607G,MD130S16M5,SA180C,1.5KE500,MBR2045FCTS,MD130S16M3,SA180A,1N5946B,1N5945B,MD70K16D1,GS2KA,MD600U06I5,S33F,MD60A12D1,HER606G,1N4748A,SMF190A,GR2G,SA22CA,GR2J,P6KE8.2CA,GR2K,HER608G,GR2M,MD200C18D2,SMB3Z3.9A,MUR1660,1N5944B,S32F,P4KE180A,GR3A,P4KE180C,MD60K18D1,SA110CA,GR3B,SS210A,GR3D,GR3G,1N4747A,BAS416,GR5K,GR5J,H1KFS,GR5M,BZX55B5V1,ESD12VD3,1.5KE520,ZMM55C20V,SMB3Z3.6A,MF100C12F2N,1N5948B,SMF36CA,MD380K08D3,MF200C12F2,GS2MA,S35F,SS8U100,MD120C16D1,MF200C12F5,ESD12VD5,P4KE22CA,MD120K12D1N,BZX55B5V6,SMB2Z68A,MT40CB08T1,SMA2Z6.2A,MBR10100CTS,MUR1640,1N5947B,S34F,MMSZ5221B,GR5A,HD6S,GR5B,1.5KE51A,SMA2Z47A,GR5D,GR5G,YJD50N03A,1N4749A,1.5KE51C,P0080SC,MF200DU12FJ,KBL606,MBRB20150CT,SMA5923B,DZ23C6V2,BZX84C2V4W,KBL608,SA70CA,1.5KE36CA,DZ23C6V8,P0080SB,P0080SA,MURS140,MBR20100CD,S8550-L,1.5KE550,MF100U12F2,S8550-H,SA17CA,KBL610,1.5KE170CA,MD60C12D1N,MBR20100CT,SMA5922B,MT330C16T4,1N5949B,MD100C12D1N,HD8S,S36F,SR3200,1.5KE56A,BAS70-06,SMA5925B,BAS70-04,BAS70-05,MD400K16D4,SMA4727A,MUR1020FCT,E2AF,MURS120,SA5.0CA,GBP410A,BZX584B8V2,1.5KE56C,YBSM6010,MD240K12D2,P6KE500C,BZT52C3V9S,P6KE500A,MBR1060FCT,SMA5924B,S38F,SMF64A,BAV99WT,MBRB20150CTS,MBR10200FCT,MF300C06F2,YBSM6008,SMA2Z180A,YBSM6006,SD101BWS,SS520A,SS520B,SMA5927B,MBR4045PT,ZMM55C9V1,E2CF,MMSZ5226B,SMA4729A,MBRB1060CT,SMA5926B,MD50S12M1,P6KE180CA,MD50S12M4,BZT52C3V3S,BR2506L,E2BF,MMSZ5227B,SMA4728A,MT60C12T1,MBR30150CTS,YJL2312A,BR2506W,MUR540,MD36K12D1,SS215A,SMA5929B,P4KE400A,YJQ3415A,MD300A12D3,BZT52C3V6S,P4KE400C,ZMM55B75V,MMSZ5228B,MD30DU08DA,1.5KE10CA,MURS320B,S35VB100,MD260A12D3,SMA5928B,SMF60A,ZMM55B6V2,MD60DU16M7,BZX84C2V7W,P6KE27CA,E2DF,MBR10150FCT,YJG85G06A,BR2508L,ZMM55B6V8,MD500A18D5,MUR560,MUR1620F,MMSZ5229B,BR2508W,HER601G,SSL510,P4KE6.8CA,SS515,P4KE6.8C,MBLSK16S,E2GF,SS510,BZX84C5V6,BZX84C5V1,MD350C16D4,RL201G,P4KE220,SA9.0,SMF70A,MD75S08M8,SMB2Z160A,P6KE7.5,P4KE20C,MD600C12D5,P4KE20A,MT1508A,E2FF,KBPC5006W,MT330CB18T4,SMB3Z110A,MD75S08M4,MT200CB12T2,MD600A16D5,MBLSK14S,MT200CB12T3,GBPC1510W,MD75S08M2,MBR2060CTS,SS510A,SS510B,SMA2Z3.0A,MT150DT08L2,SMF19CA,KBJ806,SA90A,KBJ808,SA90C,BZT52B43,BC848CW,1N4001G,BZT52B47,SMB3Z240A,P4KE200,SMA4731A,SS52A,SS52B,RL203G,YJD40G10A,KBJ810,KBU806,SR3150,P6KE220CA,SA40CA,KBU808,E2HF,SS520,MT1506A,1N4002G,SB1240,SMA4730A,KBU810,BZX584C30V,RL202G,SZ1240A,MD60C16D1,E2KF,SMA5931B,BC848AW,SA100C,P6KE100CA,1N4003G,SMA4733A,RL205G,MD800C18D6,YJD15N10A,BZX584B7V5,SMB3Z82A,MD200A08D2,MT110CB18T1,SR5100L,SMF110A,E2JF,SMA5930B,BC848BW,P4KE100A,P4KE100C,BZX84B2V7,1N4004G,BZX84B2V4,RL204G,SMF85CA,SMA4732A,MMBTA05,MD380K12D3,MMBTA06,MT40CB12T1,SMA5933B,YJD100G10A,MT60CB18T1,DZ23C7V5,KBU1506,SMB2Z4.7A,MF300U05F6,KBU1508,1N4005G,SMA4735A,SZ1110A,RL207G,MD250S12M5,MD250S12M3,SS515A,SS515B,KBPC5008W,SMA5932B,SA100A,MT570C16T6,SMA4734A,MT25CB16T1,1N4006G,MF300A06F2N,KBU1510,RL206G,P6KE75,MMBTA55,SMA2Z100A,BZX584C2V4,SKBPC5010,SKBPC5012,SKBPC5014,SKBPC5016,SKBPC5008,BZT52B9V1S,MD400U08I4,MB6SA,ESD24VD3,P6KE62CA,1N4007G,SR260,MURS140B,P6KE68,MMBTA56,MMBTA44,SA7.5CA,MMBTA42,P6KE82,SS58A,GS3AB,SS58B,MUR1620,25SQ045,MUR2060FCT,AZ23C2V7,MT75DT18L1,P6KE75A,BZX584C2V7,BZX584C36V,P6KE75C,MD120A12D1,MURB1080CT,P6KE91,GS3BB,MBR10150FCTS,MD60S18M2,SS8550-H,SS8550-L,P4KE27C,MD60S18M7,SA6.0C,SA6.0A,GBL410A,MT100DT12L1,D4UB100,BZX584C39V,MD100A16D1N,SKBPC5006,MUR1060FCT,P4KE27A,D3UB80A,MBRL2045CT,MD260A08D3,P6KE30,1N4751A,SA190CA,U1AF,SR220,MMBTA92,GS3DB,MBR10150CD,BZT52B22,BZT52B24,SMF54CA,1N4448W,BZT52B27,SS54A,P6KE27,1.5KE100A,SS54B,1.5KE100C,P6KE24,KBPC2506W,P6KE22,BZT52B20,B5817WS,MT60C08T1,P4KE250,P6KE43,DB205,DB207,BZT52C7V5,DB206,E1CFS,1N4750A,B0520WS,P4KE24C,P6KE75CA,ZMM55C27V,P4KE24A,SMA2Z6.8A,BZT52B33,YJS9435A,BZT52B36,BZT52B39,P6KE39,MD30DU12DA,SS53A,SS53B,P6KE36,MD260K18D3,SMB2Z62A,BZT52B30,P6KE33,1N4753A,BZT52B4V3,P6KE51,GBJ810,BZT52B4V7,GBU810,1.5KE18CA,MUR820F,GBU806,1N5951B,GBU808,KBPC2508W,SR240,SS56A,U1DF,SS56B,YBS3008,P6KE47,YBS3006,D3UB100A,BZX584C33V,MBR10150CT,MD300C16D3,GBJ806,P6KE62,1N4752A,U1BF,MD50H08FJ,BZT52B18,P4KE22C,P4KE22A,GS3GB,BZT52B10,BZT52B11,BZT52B12,BZT52B13,YBS3010,BZT52B15,1N5950B,BZT52B16,U1CF,SS55A,SS55B,SA6.5C,P4KE6.8A,GBJ808,SA6.5A,P6KE56,HS3MB,1N4755A,MT200CB08T3,SA36CA,MT200CB08T2,GS1G,MBR3060CT,DBL205S,GS1J,1.5KE6.8,GS1K,GS1M,ZMM55C10V,SMF6.0A,GS1DB,SR8150,SD103AW,GBL410,MD120K18D1,FR204G,1N5953B,SMB3Z17A,YJQ3400A,GBJ3506A,MMSZ5234B,1S20,MT150DT12L2,GS2A,U1FF,BZX55B6V8,GS2B,BZX55B6V2,GS2D,MBRL30200FCT,1N4754A,GBL406,GBL408,DBL206S,1S40,ZMM55C11V,FR205G,SMB3Z18A,1N5952B,SMF

选型指南 - 扬杰科技 PDF 中文下载

阿基米德半导体（Archimedes）总部位于合肥市，主营新能源汽车及光伏储能充电用SiC/IGBT芯片及模块，致力于成为双碳时代功率半导体中国领跑者。公司核心技术团队由中国科学院院士领衔，团队成员来自英飞凌、安森美、华为、Vincotech、三菱等国内外大厂。公司将持续专注于功率半导体在新能源赛道的应用和升级，为中国实现碳达峰、碳中和目标贡献自己的力量。

IGBT 单管三电平IGBT模块 Boost IGBT模块 PFC IGBT模块半桥IGBT模块汽车电驱IGBT模块 SIC mos管 IGBT功率模块 IGBT分立器件 SiC功率模块 SiC分立器件

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阿基米德半导体IGBT功率模块/IGBT分立器件选型表

阿基米德半导体推出高性能MOSFET/IGBT、Hybrid/ SiC SBD/MOSFET功率模块、分立器件产品，涵盖650V~1700V电压等级，产品主要应用于新能源汽车/光伏/储能/充电桩/数据中心/电能质量等领域。

产品型号	品类	VCE(V)	IC(A)	Package
AMG200L12L1H3RB	IGBT功率模块	1200	200	ACL

选型表 - 阿基米德半导体立即选型

成功举办 | 2024宽禁带半导体先进技术创新与应用发展高峰论坛圆满闭幕！

2024年6月5日-7日，2024宽禁带半导体先进技术创新与应用发展高峰论坛在北京·亦庄格兰云天国际酒店盛大召开。本次会议以“凝芯聚力，降本增效”为主题，深度聚焦宽禁带半导体领域关键材料、智能装备、核心器件等产业链，涵盖晶体及外延生长、材料应用、集成封装、功率器件应用、系统解决方案等产业化内容。

厂牌及品类发布时间 : 2024-07-10

阿基米德半导体（Archimedes）IGBT分立器件/功率模块选型指南

目录- 公司简介 TO247封装产品功率模块

型号- AMGO75B65FPH3RB,ADH040N12HT5,AMG006L12P2C3RB,ADG075N65CT5,AMG006L12P2C3RA,ADG040N65HT5,AMG225L12L1H3RB,ADH075N12MT7,AMG375L65L1S5RC,AMG150L70P2H3RA,AMG200L12L1H3RA,AMG200L12L1H3RB,AMG100L65P2H3RB,AMG225L65F2S5RC,AMG950H75H1H3RA,ADG100N12BT7,AMG100L65P2H3RA,AMG200H12S1M3RA,AMG080L12F1H3RA,ADG050N12AT7,AMG450L65P4S5RE,ADH075N65FT5,AMG450L65P4S5FC,AMG400L12P4H3RA,AMG400L12P4H3RB,AMG300H12S1M3RA,ADG075N70CT5,ADG060N65BT5,AMG450L65P4S5RD,AMG450L65P4S5RC,AMG150L12L1H3RA,ADG050N65CT5,AMG225L65P4S5RC,ADG075N65FT5,AMG300H12E1M3RA,AMG300L12P4H3RA,ADG150N65FT7,ADG075N65BT5,ADG050N65KT5,AMG820H75H1H3RA,ADG100N65FT7,AMG600H12E1M3RA,AMG450H12E1M3RB,AMG300L65F2S5RC,AMG300L65F2S5RA,AMG300L65F2S5RB,AMG600H75H1H3RA,ADG100N12MT7,AMG150L65P2H3RB,ADG075N12MT7,AMG150L65P2H3RA,AMG600H12E1M3RB,ADG040N12HT5,ADG050N12HT7,AMGO80L12F0H3RA,AMG080L12F0H3RB,AMG450L65F2S5RC,AMG450L65F2S5RB,ADG040N12AT5,ADS080N12GT8,AMG300L65P4S5RC,AMG600H12S1M3RA,AMG160L12F1H3RB,AMG160L12F1H3RA,AMG450H12E1L3RA,AMG900H12E1M3RA,AMG375L65P4S5RC,AMG600H12H1H3RA,ADS040N12GT8,AMG450H12S1M3RA,AMG160L12F2H3RB,AMG160L12F2H3RA

选型指南 - 阿基米德半导体 - 2023/8/31 PDF 中文下载

银河微电子携MOSFET、IGBT、光电耦合器等最新产品亮相2024深圳PCIM Asia展

2024年8月28日至30日，在深圳国际会展中心（宝安新馆）隆重举行的PCIM Asia展会已经完美收官。在这三天的盛会中，银河人见证了电力电子领域最前沿的技术，也带来了公司最新的产品和解决方案，并与众多行业专家、客户、供应商伙伴们进行了深入的交流。

厂牌及品类发布时间 : 2024-09-10

Shindengen（新电元工业株式会社），1949年在日本成立，主要从事功率半导体和开关电源、电装制品的制造和销售，并以电力电子技术为主要领域。旗下的电源用肖特基二极管、桥堆等分立器件产品的市场占有率稳居世界前列，在日本国内占95%的市场份额。其整流桥在全世界占有接近40%的市场份额，素有“桥王”之称。

通用整流二极管桥式二极管肖特基势垒二极管快速恢复二极管晶闸管双向晶闸管硅双向触发开关浪涌吸收器瞬态浪涌抑制器功率MOSFET 电源模块电源芯片

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【选型】扬杰科技（YANGJIE）MOSFET（中低压/高压）选型指南

目录- 产品特点与应用中低压MOSFET 高压MOSFET 封装尺寸图与焊接尺寸图包装形态与可靠性测试项目

型号- YJB70N10A,YJD80G06A,YJ4N70Z,2N7002A,YJ12N65Z,YJQ2012A,YJC2007A,YJD25N15B,YJD90N02A,YJS2301A,YJS4435A,YJ8N60Z,YJQ55P02A,YJS4407B,2N7002KW,YJQ3400A,YJQ40P03A,YJS4407A,YJ2N65Z,YJL02N10A,YJD20N06A,YJS12N03A,2N7002K,YJP70N10A,YJL2303A,YJS10N02A,BSS123W,YJS8205B,YJSD12N03A,YJS05N06A,YJG30N06A,YJL3404A,YJL3416A,YJG80G06A,YJQC602B,YJS03N10A,YJL2304A,2N7002,YJQ1216A,YJS18N03A,YJ4N80Z,YJP25N15B,YJQ30N03A,YJQ53G06A,YJL3415A,YJQ10N02A,YJS15G10B,YJL2301G,VJG50N03A,BSS84,YJL2301F,YJL2301C,YJL2301D,YJL3407AL,YJD40G10A,YJ4N65Z,YJ7N60Z,YJP150N06AC,YJQ4666B,YJ10N65Z,2N7002W,YJQD30P02A,YJS4606A,YJL2302B,YJL05N04A,YJL2302A,YJS12N10A,YJQ03P02A,BSS123,YJL3401A,YJS05N15B,YJS2305A,YJD60N04A,YJQ20N04A,YJL03N06B,YJ12N60Z,YJL03N06A,YJD15N10A,YJQ35N04A,YJB150N06C,BSS138,YJ2N60Z,YJ7N70Z,YJL3400A,YJQ3622A,YJS7328A,YJS2022A,YJS9435A,YJD40N04A,YJD45P03A,YJS4438A,YJ10N70Z,YJD30N02A,YJL2312A,YJG105N03A,YJ8N65Z,YJS3404A,YJD100G10A,YJ4N60Z,YJD60N02A,YJQ3415A,YJ7N80,YJ7N65Z,YJQ35G10A,YJS12G06A,2N7002KDW,YJG53G06A,YJG20N06A,YJS10N04A,YJ12N70Z,YJL3401AL,YJL2305A,YJL2305B,YJG15N15B,YJG18N10A,YJL03G10A,YJG130G04A,YJG85G06A,YJL07P03AL,VJL2300A,YJL3407A,YJS4953A,YJ10N60Z,YJQ2301A,YJD80N03A,YJD50N03A,YJD80N03B,YJQ50N03B

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