IGBT的短路热失效机理

IGBT短路产生的能量我们都知道IGBT发生短路故障时会发生退饱和现象，如图1所示。

退饱和后IGBT会承受全母线电压，同时集电极电流也上升至额定电流的5-6倍，因此IGBT发生短路时的瞬时功率是非常大的。

图1 IGBT一类短路测试波形今天我们还是以Infineon IGBT模块FF1400R17IP4为例对本期内容辅以说明。

这个模块额定电压为1700V，电流为1400A，短路测试数据如下表所示：可以看出，IGBT在1000V母线电压，结温150℃的情况下，短路电流为5600A。

简单计算可知IGBT短路时的功率在5.6MW左右，这个短时功率是非常大的，但这并不是IGBT失效的主要原因。

造成IGBT短路失效的主要原因是5.6MW产生的热量没有及时被释放出去。

表1给出的短路允许时间要在10us以内，简单计算可知5.6MW在10us产生的能量也只有56焦耳。

56焦耳的热量其实并不大，但是足够摧毁IGBT芯片，因为IGBT芯片也很小，厚度也只有200um左右，图2为该模块由于短路失效导致的炸管图片。

图2 IGBT爆炸图片有些小伙伴会有疑问56焦耳的热量能把IGBT炸成这样？当然不是，56焦耳只会造成IGBT芯片的本征热失效。

失效以后，是功率回路的高电压、大电流把IGBT烧成这样的，这个能量相比56焦耳就大很多了。

IGBT短路热失效机理细心的小伙伴可能会发现IGBT的短路电流数据是在150℃测试条件下给出的，也就是IGBT在150°结温下还能够承受10us的短路时间，这也意味着10us以后IGBT芯片的温度还会上升。

这时候你可能会问，IGBT短路热失效时芯片的温度是多少呢？或者说IGBT能够承受的最高温度取决于什么？查阅相关书籍才发现IGBT的短路热失效的根本原因是硅芯片超过了最高临界温度（critical temperature）700K[1]，K为热力学温标，700K相当于427℃。

那我们再看看IGBT短路期间的温升是多少，有没有超过427℃，计算公式为：需要说明的是该公式是这针对一个IGBT芯片的，FF1400R17IP4这个模块内部由12个IGBT芯片组成，形状和参数如图3所示：图3 IGBT 芯片相关参数56焦耳的热量其实并不大，但是足够摧毁IGBT芯片，因为IGBT芯片也很小，厚度也只有200um左右，图2为该模块由于短路失效导致的炸管图片。

做400WPFC+LLC的LED恒流驱动，辅助电源的问题。 做40串10并的400W LED驱动，采用前级PFC+后级LLC的方案。


前级我做，后级我师弟做。


PFC采用PI的PFS726芯片，峰值功率可达到540W；后级采用PI的LCS708方案，输出最大功率440W

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guardring（保护环）与latch up（闩锁效应） 本帖最后由 胜天半子11 于 2021-8-16 14:03 编辑   此文章主要讲述guardring（保护环）工作机制，以及如何实现对latch up（闩锁效应）的正确防护，最后讲述了guarding在版图中的摆放。 首先我们应该了解到，在NMOS与PMOS器件中，NMOS管的P-sub，N+以及Nwell可以寄生出一个横向的npn管，同理PMOS管的Nwell，P+以及P-sub可以寄生出一个纵向的pnp管，NMOS中的N+作为npn的发射极，PMOS中的P+作为pnp的发射极。 当P-sub中的