汪 波 罗毅飞 张 烁 刘宾礼



IGBT极限功耗与热失效机理分析

汪 波1罗毅飞1张 烁2刘宾礼1

（1. 海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室 武汉 430033 2. 武汉船舶通信研究所 武汉 430079）

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的最大功耗是安全工作区的重要组成部分，与外部散热装置、内部热阻以及使用工况等有关，而器件手册给出的最大功耗是理想值，难以反映实际工况，若设计不当会造成IGBT热击穿失效。基于对IGBT功耗以及结-壳稳态热阻的温度特性分析，通过联立IGBT功耗的温度曲线和结-壳传热功耗的温度曲线进行热平衡分析，得到了结温的热稳定点、非稳定点以及临界点，由此得到了在临界点处的IGBT极限功耗，对在非稳定点时IGBT结温和功耗间的正反馈关系分析了IGBT热失效机理，最后进行了实验验证。

绝缘栅双极型晶体管 极限功耗 热平衡 热失效

0 引言

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种综合了功率场效应晶体管（MOSFET）和双极型功率晶体管（BJT）结构的复合型功率半导体器件，具有输入阻抗高、开关速度快、驱动功率小、饱和压降低、控制电路简单及承受电流大等优点[1]。自20世纪80年代出现以来，涵盖了600～6 500V的电压范围和1～3 600A的电流范围，在低功耗、高可控性方面取得了巨大进步，被广泛应用于各种中、大功率电力电子装置中，是目前应用最为广泛的全控型电力电子器件[2]。随着在交流调速、风力发电、高速电力机车等场合的应用日益广泛，IGBT的工作电压、电流等级也越来越高，同时工作环境更加恶劣，使用条件日益苛刻，对可靠性也提出了越来越严格的要求[3,4]。……