【经验】以A0-VS122PA600M7-L759F70为例分析IGBT模块测试振荡的原因及应对措施

时间： 2020-03-26 来源：世强

技术问答

IGBT模块在特定的工作点开关时，可能会在栅极电压、集-射极电压或集电极电流中产生高频振荡。会造成如下危害：

1) 导致对其他电子电路进行干扰，包括其栅极驱动器；

2) 导致不正确的IGBT控制；

3) 导致并联半导体器件的电流分配不均，进而导致一个或者多个半导体器件过载，甚至整个模块失效。

从发生振荡的来源可分为三种模式的振荡，下面以VINCOTECH模块A0-VS122PA600M7-L759F70（1200V/600A）Half-Bridge拓扑为例，做一些分析我们常见的振荡分析。

1、短路振荡

短路振荡分为SC1短路和SC2短路引发的振荡，SC1短路过程中，在形成恒定短路电流后的很短时间内发生振荡且可以在栅极电压中观测到明显的电压振荡，也可能在集-射极电压或者集电极电流产生振荡，SC2型振荡与此相似，但是振荡发生在IGBT的退饱和阶段，如下图1所示

图1 SC1和SC2短路时产生的振荡

原因：模块的构造、IGBT的特性以及应用环境。

措施：1、调整内部栅极电阻；2、调整栅-射极门槛电压UGE（TO）；3、优化内部模块布局。

图2 布局优化对SC1短路振荡的影响

2、IGBT关断振荡

IGBT关断过程中，集-射极电压变化率du/dt通过密勒电容CGC反馈到栅极，当关断电流IC越大，电容CGC就越大，当但导体并联连接时，这种正反馈就可能引发振荡。

图3 IGBT关断振荡波形

原因：模块的构造、IGBT的特性、集-射极电压较高、外部连接结构。

措施：1、调整内部栅极电阻；2、筛选低密勒电容CGC和高栅-射极电容CGE的IGBT模块；3、半导体芯片并联时优化模块内部布局；4、并联连接时优化IGBT模块外部连接布局。

图4 模块优化后关断波形

3、拖尾电流振荡

有些情况下，IGBT甚至二极管的拖尾电流也会发生振荡，在IGBT或二极管关断5us内产生200~500MHz的LC振荡，如下图所示。

图5 IGBT和二极管关断时拖尾电流波形

原因：模块内部结构、IGBT或二极管特性、低结温。

措施：1.在并联模块内部通过放置附加键合线；2.优化内部和外部走线。

图6 键合线布局示意图

图7 附加键合线前后IGBT拖尾电流波形对比

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