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問：IGBT 的安全工作區

在IGBT的規格書中，可能會看到安全工作區（SOA, Safe Operating Area），例如ROHM的RGS30TSX2DHR如下圖所示。這個安全工作區是指什么？

圖1. Rohm 的RGS30TSX2DHR 安全工作區 （圖片來源ROHM）

IGBT 的安全工作區（SOA）是使IGBT在不發生自損壞或性能沒有下降的情況下的工作電流和電壓條件。實際上，不僅需要在安全工作區內使用IGBT，還需對其所在區域實施溫度降額。安全工作區分為正向偏置安全工作區（FBSOA,Forward Bias Safe Operating Area）和反向偏置安全工作區（RBSOA,Reverse Bias Safe Operating Area）。

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正向偏置安全工作區

正向偏置安全工作區定義了IGBT導通期間的可用電流和電壓條件。

圖2. RGS30TSX2DHR 的正向偏置安全工作區 （圖片來源ROHM）

上圖是RGS30TSX2DHR 的正向偏置安全工作區，可以根據具體情況分為4個領域，如下所述:
① 受集電極最大額定電流限制的區域
② 受集電極耗散限制的區域
③ 受二次擊穿限制的區域 (該區域會因器件設計而有所不同)
④ 受集電極-發射極最大額定電壓限制的區域

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反向偏置安全工作區

反向偏置安全工作區定義了IGBT關斷期間的可用電流和電壓條件。

圖3. RGS30TSX2DHR 的反向偏置安全工作區 （圖片來源ROHM）

上圖是 RGS30TSX2DHR的反向偏置安全工作區可以簡單分為2個有限區域，如下所述:

1. 受集電極最大額定電流值限制的區域

2. 受集電極-發射極最大額定電壓限制的區域。

請注意，當設計的 V_CE－I_C工作軌跡偏離產品本身安全工作區時，產品可能會發生出現意外故障。因此，在設計電路時，在確定與擊穿容限相關的具體特性和電路常數時，必須密切注意耗散和其他性能問題。例如，反向偏置安全工作區具有溫度特性（在高溫下劣化），V_CE－I_C的工作軌跡根據柵極電阻 R_g和柵極電壓 V_GE而變化。

因此，有必要在了解工作環境和關斷時的最小柵極電阻值后，才進行 R_g和 V_GE設計。

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