作者@@： 陈子颖@@，文章来源@@： 英飞凌工业半导体微信公众号@@@@
短路@@不可怕@@
IGBT主要用于电机驱动和各类变流器@@，IGBT的抗短路@@能力是系统可靠运行和安全的保障之一@@，短路@@保护可以通过@@串在@@回路中的@@分流电阻或@@退饱和检测等多种方式实现@@。
IGBT是允许短路@@的@@，完全有这样的底气@@，EconoDUAL™3 FF600R12ME4 600A 1200V IGBT4的数据手册是这样描述短路@@能力的@@，在@@驱动电压不超过@@15V时@@，短路@@电流典型值是@@2400A，只要@@在@@@@10us内@@成功关断短路@@电流@@，器件不会损坏@@。
IGBT的短路@@承受能力为短路@@保护赢得时@@间@@，驱动保护电路可以从容安全地关断短路@@电流@@。
短路@@能力不是免费的@@
器件的短路@@能力不是免费的@@@@，代价是器件损耗@@。短路@@能力可以用短路@@承受时@@间来描述@@，提高@@短路@@承受时@@间可能需要牺牲饱和压降@@，进而@@关联到关断损耗@@，因为饱和压降高了@@，有时@@需要牺牲关断损耗来降低@@。
一种方法是@@——把@@IGBT中的@@MOS沟道做宽@@，提高@@MOS沟道的宽长比@@W/L，可以降低导通时@@的饱和压降@@，但这样短路@@电流会增加@@，短路@@可承受时@@间缩短@@。
基于这机理@@，IGBT的技术@@在@@发展@@：
有些应用并不会发生器件短路@@@@，譬如@@Boost电路等@@，这时@@@@可以使用不保证短路@@承受时@@间的器件@@，如英飞凌@@TRENCHSTOP™5系列@@，不支持短路@@工况@@，但可以支持极低的导通损耗或@@者极高的开关频率@@。
得益于应用技术@@的进步@@，驱动保护电路的完善@@，系统能够识别出短路@@并且关断@@IGBT所需要的时@@间越来越短@@，因此允许我们设计出短路@@时@@间更短的@@IGBT。例如@@，英飞凌的@@IGBT7短路@@时@@间是@@6us @ 175oC，EDT2芯片是@@3us@175oC，以短路@@承受时@@间换芯片低损耗性能@@。
大电流@@不一定是短路@@@@
上面讨论@@有些应用并不会发生器件短路@@@@@@，而@@不是系统输出不会短路@@@@，系统输出短路@@会在@@器件上产生大电流@@@@，设计中必须要考虑合适的过载保护@@，把@@器件的关断电流控制在@@反向安全工作区内@@@@，对于@@IGBT模块一般是两倍的@@标称电流@@@@@@。
大电流@@不一定是短路@@@@，为了讲清这个问题@@，我们需要分析@@IGBT的输出特性@@Ic=f(Vce)，图中是@@FF900R12ME7_B11,900A 1200V IGBT7的输出特性@@，它给@@出了在@@@@2倍的@@标称电流@@@@以内@@@@，在@@不同栅极电压驱动时@@的集电极和发射极之间电压@@。图表中的@@最大电流@@是@@1800A，这是@@900A IGBT模块能保证的关断电流值@@。
为了讨论@@问题我把@@输出特性@@Ic=f(Vce)展开一下@@，展开到@@9倍的@@标称电流@@@@，7-8倍的@@饱和压降@@，这样各种要解释@@IGBT大电流@@工况都在@@图上了@@。
1.正常工况@@---反向工作安全区@@RBSOA：
图中绿色的部分是反向工作安全区@@@@RBSOA的一小部分@@，在@@这区域内@@只要@@不超过最高工作结@@温@@，每个周期能可靠关断的电流@@，条件是在@@饱和状态下关断@@，在@@关断过程中@@，Vce电压上升@@，但不能超过器件耐压值@@。
2.短路@@区域@@
绿框框起来的是在@@栅极电压@@13-15V的短路@@区域@@@@，可以在@@图中读出在@@@@Vge=15V，短路@@电流被器件自动限制在@@@@5倍的@@标称电流@@@@，这时@@@@器件退出饱和@@，Vce电压快速上升@@，驱动电路检测@@Vce上升到几倍的@@饱和压降@@@@，就可以执行短路@@保护了@@，器件是安全的@@。
3.降额短路@@区域@@@@
短路@@时@@由于集电极的@@dv/dt，通过@@CGC在@@栅极会感应出一个小电压@@，把@@Vge电压抬高@@，这时@@@@IGBT进入了降额短路@@区域@@@@@@，短路@@电流增大@@，短路@@承受时@@间缩短@@。
4.禁止开关区域@@
器件电流超过了@@2倍的@@标称电流@@@@，但是器件没有退出饱和@@，这时@@@@器件上的电压比短路@@时@@低@@，貌似器件还比短路@@时@@舒服一点@@，但不行@@，这时@@@@不允许关断@@，一定要等到器件退出饱和才允许关断@@IGBT。
大电流@@工作范围是绿色区域@@，短路@@区域@@的例子图中用红绿框框起来的部分@@，这时@@@@电流大@@，并且器件退出了饱和区@@，反向工作安全区@@，电流不能超过@@RBSOA的规定值@@，关断开始时@@刻器件是饱和状态@@，这是@@不连续的两个区域@@。
原理性解释参考@@：如何理解@@IGBT的退饱和现象以及安全工作区@@
大电流@@和短路@@那个更可怕@@？
为了说明问题@@，我们出一道计算题@@：
大电流@@
给@@IGBT一个电感负载@@，红色的电感电流从零开始线性上升@@，100毫秒内@@达到@@2倍的@@IGBT标称电流@@，蓝色的是@@IGBT饱和电压@@，Vce=V0+Ic*r，电压是在@@@@Vo基础上线性上升@@。
短路@@
把@@IGBT接在@@@@900V直流母线上@@，在@@短路@@前的初始状态@@，电流已经接近@@2倍的@@标称电流@@@@，这时@@@@发生短路@@@@，电流快速上升到@@6倍的@@标称电流@@@@，短路@@检测电路在@@@@10us时@@成功关断@@IGBT，关断前的母线电压是@@900V,在@@10us内@@，短路@@功率是@@6倍的@@标称电流@@@@乘以@@900V，如果以@@600A 1200V为例@@，短路@@瞬时@@功率为@@3.24MW!!!
冷静下来看看积分的结@@果@@，100ms内@@IGBT损耗能量是@@0.3Ws*In/A，而@@10us短路@@的能量是@@0.054Ws*In/A，谁大谁小@@，大大出乎意料@@。在@@这个例子在@@短路@@时@@的损耗@@只有@@IGBT 100ms电感工况下的@@18%。但由于由于短路@@时@@瞬间电流和功率非常大@@，结@@温会大大超过芯片允许的工作结@@温@@，对器件的物理连接的机械应力也很大@@，是个严酷工况@@。参考文章@@：功率半导体@@冷知识@@：IGBT短路@@结@@温和次数@@。
结@@ 论@@
只要@@IGBT的短路@@保护电路和系统过载保护设计合理@@，短路@@不用手发抖@@。