以下內(nèi)容發(fā)表在「SysPro系統(tǒng)工程智庫」知識星球

- 關于IGBT關鍵特性參數(shù)應用指南 v3.0版本

- 「SysPro | 動力系統(tǒng)功能解讀」專欄內(nèi)容，全文15500字

- 文字原創(chuàng)，素材來源：infineon, NXP, ROHM,網(wǎng)絡

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- 本篇為節(jié)選，完整內(nèi)容會在知識星球發(fā)布，詳細分布見目錄頁

導語：在電力電子領域，IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）作為核心功率器件，其性能直接決定了系統(tǒng)的效率與可靠性。本文以英飛凌IGBT模塊規(guī)格書為切入點，系統(tǒng)解析了規(guī)格書的關鍵參數(shù)、核心電氣特性、二極管配套參數(shù)及熱性能指標。通過結(jié)合實際工程案例，重點闡述了參數(shù)應用中的關鍵注意事項，例如殼溫對電流標定的影響、雜散電感導致的電壓過沖、反向恢復電流的損耗機制等。以上內(nèi)容為關于英飛凌IGBT DataSheet的實踐應用筆記，本次是第三次更新 v3.0，較2.0版本，增加了一些實際應用中這些關鍵參數(shù)的理解和應用方法，并進行了案例說明，以輔助我們更好地獲取一些系統(tǒng)層面關心的性能數(shù)據(jù)。本篇在實踐工作中有多次用到，或許會有些價值。

圖片來源：Infineon

目錄

上篇：額定參數(shù)、翻篇工作區(qū)、脈沖電流、飽和壓降、閾值電壓

1. 規(guī)格書首頁的基本介紹

1.1 規(guī)格書首頁的基本介紹

1.2 模塊命名規(guī)則

2 IGBT相關參數(shù)

2.1 最大額定值：VCES, VGES, ICnom, ICRM

2.1.1 最大阻斷電壓值：VCES

2.1.2 最大峰值電壓：VGES

2.1.3 標稱額定電流值：ICnom

2.1.4 可重復導通峰值電流：ICRM

2.2 反偏安全工作區(qū)：RBSOA

2.2.1 可安全關斷的最大電流值

2.2.2 可承受的最大電壓過沖值

2.3 脈沖電流：ICRMvs. IRBSOA(知識星球發(fā)布)

2.3.1 集電極可重復導通的峰值電流：ICRM

2.3.2 可安全關斷的最大電流：IRBSOA

2.4 CE級飽和壓降：VCEsat(知識星球發(fā)布)

2.4.1 定義

2.4.2 VCEsat和哪些因素相關

2.4.3 VCEsat的關鍵應用價值：IGBT并聯(lián)

2.5 柵極閾值電壓：VGEth(知識星球發(fā)布)

2.5.1 定義

2.5.2 VGEth和哪些因素相關

2.5.3 VGEth的關鍵應用價值：IGBT并聯(lián)

中篇：IGBT開關特性參數(shù)、Diode特性參數(shù)

2.6 開關特性參數(shù)(知識星球發(fā)布)

2.6.1 柵極電荷：QG

2.6.2 內(nèi)部門級電阻：RGint

2.6.3 外部門級電阻：RGext

2.6.4 外部門級電容：CGE

2.6.5 開關時間：tdon, tr, tdoff, tf

2.6.6 開關損耗：Eon, Eoff

2.6.7 短路電流：ISC

2.6.8 短路特性的影響因素

3. Diode相關參數(shù)(知識星球發(fā)布)

3.1 反向重復峰值電壓：VRRM

3.2 正向額定電流值：IF

3.3 正向重復峰值電流：IFRM

3.4 浪涌能力：I2t

3.5 正向壓降：VF

3.6 開關特性參數(shù)

3.7 二極管的安全工作區(qū)（SOA）

3.8 二極管 · 小結(jié)

下篇：熱性能參數(shù)、模塊級參數(shù)、NTC參數(shù)

4. 熱性能參數(shù)(知識星球發(fā)布)

4.1 芯片熱量的傳遞路徑

4.2 熱阻：Rthjc, Rthch

4.3 瞬態(tài)熱阻抗：Zthjc

4.4 熱性能參數(shù) · 小結(jié)

5. 模塊整體相關參數(shù)(知識星球發(fā)布)

5.1 絕緣性能參數(shù)——模塊的“電氣安全防線”

5.2 結(jié)構與安裝參數(shù)——模塊的“物理連接保障”

5.3 雜散電感LS——模塊的“隱形電氣干擾源”

6. NTC相關參數(shù)(知識星球發(fā)布)

注: 本篇為節(jié)選，完整內(nèi)容會在知識星球發(fā)布

01規(guī)格書首頁的基本介紹

我們先看看規(guī)格書的首頁。模塊規(guī)格書的首頁，會提供該模塊最關鍵的參數(shù)信息：

在首頁最上面：模塊的具體型號、模塊的封裝種類、芯片在模塊中的電路拓撲、電壓電流等級、還有規(guī)格書的狀態(tài)。 在Statusof Datasheet，說明了數(shù)據(jù)類型，一共分為三類：

目標數(shù)據(jù)：代表工程樣品；

初步數(shù)據(jù)：代表個別數(shù)據(jù)待定，可以理解成模塊已進入量產(chǎn)階段；

最終數(shù)據(jù)：代表成熟樣品數(shù)據(jù)。

在首頁的下半段，模塊的典型應用、突出的電氣特性、機械特性、條碼信息等。

圖片來源：英飛凌

那么，上圖中Title中的模塊是如何命名的呢？這背后的規(guī)則是什么？

以下為模塊的命名規(guī)則解釋：根據(jù)產(chǎn)品的具體型號直接識別出模塊的電路拓撲、電壓及電流等級、封裝種類、芯片技術等主要參數(shù)信息。

圖片來源：英飛凌

02

IGBT相關參數(shù)

下面我們看看規(guī)格書的核心內(nèi)容：以PrimePACK FF1400R17IP4P為例，下圖是IGBT模塊的技術參數(shù)。

圖片來源：英飛凌

2.1 最大額定值：VCES, VGES, ICnom, ICRM

我們逐一解釋下上述規(guī)格參數(shù)的含義，拓展解釋下應用中對這一參數(shù)要如何理解？

2.1.1 最大阻斷電壓值：VCES指的是：C 級（集電極）和 E 級（發(fā)射極）之間所能承受的最大阻斷電壓值。注意：這里指模塊內(nèi)部芯片級的電壓承受能力，而非模塊功率端子上可以施加的最大電壓。

這個參數(shù)非常關鍵，一旦實際電壓超過了VCES，芯片就可能像脆弱的玻璃一樣被擊穿損壞，整個 IGBT 模塊也就無法正常工作啦。所以在設計電路和使用 IGBT 模塊時，工程師們必須要確保加在 C 級和 E 級之間的電壓，時刻都在 VCES允許的范圍內(nèi)。

2.1.2 最大峰值電壓：VGES

指的是：G 極（柵極）和 E 級（發(fā)射極）之間所能承受的最大峰值電壓。

在 IGBT 模塊的運作中，柵極就像是一個 “控制閥門”，控制著電流能否從集電極順利流向發(fā)射極。而VGES規(guī)定了這個 “控制閥門” 能承受的電壓極限。如果施加在 G 極和 E 極之間的電壓超過了VGES，就好比閥門承受了過大的壓力，可能會導致閥門損壞，進而使得 IGBT 模塊的控制功能出現(xiàn)故障。比如在一些高頻開關的應用場景中，如果對VGES這個參數(shù)把握不準，很容易因為電壓峰值過高而損壞 IGBT 模塊，影響整個電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖片來源：ROHM

2.1.3 標稱額定電流值：ICnom

指的是：模塊內(nèi)IGBT芯片的電流能力，也就是我們通常所說的標稱額定電流值。
在 IGBT 模塊中，這個數(shù)值反映了芯片在正常情況下能夠持續(xù)穩(wěn)定通過的電流大小。舉個例子，一個 FF450R17ME3 的大功率 IGBT 模塊，它內(nèi)部是由3 個 150A 芯片并聯(lián)構成的，所以它的標稱值ICnom就是 450A 。

需要注意的是，ICnom是模塊在通直流時的理論計算值 ，其計算方法如下：

1. 首先，要假定模塊殼溫及結(jié)溫 Tvj|SysPro備注：Tvj是怎么獲得的，后面會詳細解釋

2. 接著，根據(jù) IGBT芯片的結(jié)殼熱阻 RthJC和特定的理論公式，算出在當前條件下可承受的總功耗 Ptot |SysPro備注：這里的結(jié)殼熱阻 R_thJC，就像是熱量從芯片內(nèi)部傳遞到外殼的 “阻力”，阻力越小，熱量越容易傳出去

3. 最后，用總功耗 Ptot除以該條件下對應的VCEsat值，就能得出ICnom值。

從上面的公式可以看出，ICnom值的標定是由殼溫 TC及結(jié)殼熱阻 RthJC的大小共同決定的。這也解釋了我們?yōu)槭裁茨敲聪虢档蜌睾蜔嶙瑁?/strong>同樣的芯片及最大結(jié)溫，只是降低標定條件中的殼溫 TC，就可以使得標稱電流 ICnom變大很多。

圖片來源：英飛凌

2.1.4: 可重復導通峰值電流：ICRM
CE之間可重復導通的峰值電流，一般為 ICnom值的兩倍。在 IGBT 模塊中，當電路出現(xiàn)一些瞬間的大電流需求時，只要這個電流值不超過 ICRM，模塊就能正常工作，不會因為電流過大而損壞。例如在電機啟動的瞬間，會產(chǎn)生較大的電流沖擊，這時就需要 IGBT 模塊的ICRM能夠滿足這種瞬間大電流的需求。

|SysPro備注，一些IGBT選型補充說明：

在選擇 IGBT 模塊、比較芯片的電流能力時，有個非常重要的點需要特別注意：一定要將不同模塊的電流值，根據(jù)公式折算到同樣的殼溫 TC條件下去比較，這樣的比較才有意義！

因為就像前面說的，殼溫 TC對ICnom值的影響很大，如果不把殼溫條件統(tǒng)一，直接比較不同模塊的ICnom值，得出的結(jié)果是不準確的。比如，有兩個 IGBT 模塊，A 模塊在殼溫 90℃時 ICnom是300A，B 模塊在殼溫 135℃時 ICnom是 350A，乍一看好像 B 模塊的電流能力更強，但如果把它們都折算到相同的殼溫條件下，可能結(jié)果就不一樣了。所以，在實際的工程應用中，工程師們在選型時必須要進行這樣的折算，才能選出真正符合需求的 IGBT 模塊。

圖片來源：網(wǎng)絡

2.2 反偏安全工作區(qū)：RBSOA

反偏安全工作區(qū)（RBSOA），簡單說就是給 IGBT 模塊 “定規(guī)矩”：當 IGBT 模塊關斷時，只要實際結(jié)溫沒超過允許的最大運行結(jié)溫Tvjop，它能重復、安全關斷的最大電流值，以及能扛住的最大電壓過沖值，就由這個工作區(qū)來界定。這里面設計有兩個關鍵參數(shù)，如下圖所示：

可安全關斷的最大電流值

可承受的最大電壓過沖值

圖片來源：英飛凌

注：Datasheet中注明了Module和Chip各自的IC在不同VCE之間的變化，這里解釋下：

• IC, Module：從模塊外部測量到的電流（如輔助端子）
• IC, Chip：每個芯片可承受的最大I_C

下面詳細解釋下各自的含義和應用中的關鍵：

可安全關斷的最大電流值

為ICnom模塊標稱額定電流的兩倍。如下圖，模塊標稱能穩(wěn)定通 1400A，關斷時這個安全關斷的最大電流就是 2800A 。

可承受的最大電壓過沖值

在芯片層面，這個值就是規(guī)格書里的VCES（C、E 極間最大阻斷電壓）。

|SysPro備注，實際應用中，要注意下面幾點：

1.由于模塊內(nèi)部從芯片到功率端子之間雜散電感的客觀存在，以及電流在關斷時的負di/dt存在，從而會造成模塊外部端子上和內(nèi)部芯片上，實際可承受的最大過充電壓值的差異ΔV（實際過壓會更大）

|SysPro備注，舉個例子：假設芯片級 VCES是 1200V，模塊內(nèi)部雜散電感 L=20nH，關斷時 di/dt = 1000A/μs ，根據(jù) ΔV = -di/dt × L ，算出來 ΔV = -1000A/μs × 20nH = -20V（負號代表電壓變化方向 ），那外部端子實際過壓可能就變成 1220V ，比芯片級的 VCES更高，這就得多留意！

2.ΔV=-di/dt ×L，從這里可以看出：關斷時侯電流值越大，-di/dt也越大，這也會導致ΔV上升，實際應用中要特別注意這個差異。

3.我們在做雙脈沖測試（模擬 IGBT 開關過程的測試）時，重點要關注這個 ΔV 會不會飆升，要是超太多，模塊可能就扛不住 “電壓顛簸” 導致?lián)p壞！

圖片來源：參考文獻[下文]

|SysPro備注，關于這一點曾多次在文章中提及過，參考：電驅(qū)系統(tǒng)雙脈沖測試，從入門到工程實踐全解析：測試目的/原理/策略、器件選型/電路優(yōu)化/時間參數(shù)計算、實踐指南

2.3 脈沖電流：ICRMvs. IRBSOA

(知識星球中發(fā)布)

通過2.2章節(jié)中定義的IGBT反偏安全工作區(qū)，我們發(fā)現(xiàn)IRBSOA電流也是2800A，即ICnom的兩倍，在2.1中我們提到過ICRM也是ICnom的兩倍，這兩者有什么區(qū)別呢？主要是表征的物理意義不同，我們詳細說明下。2.3.1集電極可重復導通的峰值電流：ICRM...2.3.2可安全關斷的最大電流：IRBSOA...

2.4 CE級飽和壓降：VCEsat

(知識星球中發(fā)布)

2.4.1 VCEsat定義...

2.4.2 VCEsat和哪些因素相關...

2.4.3 VCEsat的關鍵應用價值：IGBT并聯(lián)...

2.5 柵極閾值電壓：VGEth

(知識星球中發(fā)布)

2.5.1 VGEth定義...

2.5.2 VGEth和哪些因素相關...

2.5.3 VGEth的關鍵應用價值：IGBT并聯(lián)...

中篇：IGBT開關特性參數(shù)、Diode特性參數(shù)

2.6 開關特性參數(shù)

（知識星球中發(fā)布）

2.6.1 柵極電荷：QG...2.6.2 內(nèi)部門級電阻：RGint...2.6.3 外部門級電阻：RGext...

擴展：驅(qū)動電阻的選值方法...

2.6.4 外部門級電容：CGE...

2.6.5 開關時間：tdon, tr, tdoff, tf...

2.6.6 開關損耗：Eon, Eoff...

2.6.7 短路電流：ISC...

2.6.8 短路特性的影響因素...

03

Diode相關參數(shù)

二極管作為 IGBT 模塊的重要配套器件，其參數(shù)特性直接影響整個電路的可靠性和效率。以下結(jié)合與 IGBT 參數(shù)的類比，詳細解釋二極管的核心參數(shù)及實際應用注意事項。

3.1 反向重復峰值電壓：VRRM

VRRM，反向重復峰值電壓，俗稱二極管的“反向耐壓極限”，是二極管能承受的最大反向重復峰值電壓，即二極管在反向截止狀態(tài)時，允許重復施加的最高電壓。

圖片來源：英飛凌

和 IGBT 的 VCES類似，這個參數(shù)是在結(jié)溫 25℃ 條件下定義的（結(jié)溫升高時，實際耐壓能力可能略有下降），如下圖所示：

圖片來源：英飛凌

這個參數(shù)，在實際應用中的意義在于：防止二極管因反向電壓過高而擊穿。例如，車規(guī)級模塊中，二極管需承受電機回饋或電源波動產(chǎn)生的反向電壓，VRRM必須大于實際可能的最大反向電壓。

3.2 正向額定電流值：IF

（知識星球中發(fā)布）

IF，正向額定電流值，俗稱二極管的“長期載流能力”，是二極管在通直流時的標稱額定電流 ，即長期穩(wěn)定工作時能通過的最大正向電流...

3.3 正向重復峰值電流：IFRM

（知識星球中發(fā)布）

...

3.4 浪涌能力：I2t

（知識星球中發(fā)布）

...

3.5 正向壓降：VF

（知識星球中發(fā)布）

...

3.6 開關特性參數(shù)

（知識星球中發(fā)布）

...

3.7 二極管的安全工作區(qū)（SOA）

（知識星球中發(fā)布）

...

3.8 二極管小結(jié)

二極管的參數(shù)特性與 IGBT 有諸多相似之處（如耐壓、額定電流、峰值電流），但反向恢復特性是其獨有的關鍵指標，直接影響系統(tǒng)效率和可靠性。

選型時需結(jié)合實際工況（如電流、溫度、開關頻率），確保所有參數(shù)均在規(guī)格書規(guī)定的范圍內(nèi)，尤其注意反向恢復損耗和 SOA 限制，避免因瞬態(tài)應力導致?lián)p壞。

下篇：熱性能參數(shù)、模塊級參數(shù)、NTC參數(shù)

04

熱性能參數(shù)

4.1 芯片熱量的傳遞路徑

（知識星球中發(fā)布）

下面是我們聊聊熱性能相關參數(shù)。

當IGBT或二極管芯片上導通電流時，芯片自身會產(chǎn)生損耗（如導通損耗、開關損耗），這些損耗最終會轉(zhuǎn)化為熱量，導致芯片溫度升高。熱量要“逃離”芯片，需要經(jīng)過一條固定的路線，即熱傳遞路徑：芯片 → DBC層 → 模塊基板 → 散熱器 → 空氣及周邊環(huán)境......

圖片來源：英飛凌

4.2 熱阻：Rthjc, Rthch

（知識星球中發(fā)布）

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4.3 瞬態(tài)熱阻抗：Zthjc

（知識星球中發(fā)布）

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4.4 熱性能參數(shù) · 小結(jié)

熱性能參數(shù)是評估IGBT模塊可靠性的核心：熱傳遞路徑描述熱量“去哪里”，Rthjc和Rthch量化傳遞阻力（穩(wěn)態(tài)散熱能力），Zthjc則描述動態(tài)脈沖下的散熱特性。理解這些參數(shù)，才能通過損耗計算準確評估芯片結(jié)溫，避免因過熱導致模塊損壞。實際應用中，需注意Rthch的實際值會優(yōu)于規(guī)格書假設，而Zthjc需結(jié)合開關頻率和脈沖寬度綜合分析。

05

模塊整體相關參數(shù)

下面是模塊整體相關參數(shù)的介紹。

模塊作為一個完整的功率器件單元，其整體參數(shù)直接影響電路的安全性、可靠性和開關性能。核心參數(shù)主要包括絕緣性能、結(jié)構安裝參數(shù)和雜散電感三大類。我們逐一聊聊。

5.1 絕緣性能參數(shù)——模塊的“電氣安全防線”

（知識星球中發(fā)布）

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|SysPro備注，關于這塊做過專題解讀，可以參考文章：

電氣間隙與爬電距離全面解析：定義指南、標準解讀、案例分析

5.2 結(jié)構與安裝參數(shù)——模塊的“物理連接保障”

（知識星球中發(fā)布）

...

5.3 雜散電感（LS）——模塊的“隱形電氣干擾源”

（知識星球中發(fā)布）

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圖片來源：英飛凌

06

NTC相關參數(shù)

（知識星球中發(fā)布）

大部分英飛凌IGBT模塊內(nèi)置負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，用于實時監(jiān)測模塊溫度，保障熱保護功能可靠運行。 我們先看看NTC的核心參數(shù)與作用...

圖片來源：英飛凌

以上內(nèi)容為關于英飛凌IGBT DataSheet的實踐應用筆記（節(jié)選），本次是第三次更新 v3.0，較2.0版本，增加了一些實際應用中這些關鍵參數(shù)的理解和應用方法，并舉例進行了案例說明，以輔助我們更好地獲取一些系統(tǒng)層面關心的性能數(shù)據(jù)。本篇在實踐工作中有多次用到，或許會有些價值。