IGBT的溫度及安全運行

IGBT的溫度可由下圖描述：

溫差 (平均值)和熱阻關系如下式：
Rthjc = ΔTjc ÷ 損耗
Rthch = ΔTch ÷ 損耗
Rthha = ΔTha ÷ 損耗總和
或Rthha1,2 = ΔTha ÷ 損耗1,2 模塊規格書給出：
Rthjc per IGBT（每個IGBT開關）
Rthjc per FWD（每個FWD開關）
Rthch per IGBT（每個IGBT開關）
Rthch per FWD（每個FWD開關）或Rthch per module（每個模塊） IGBT/FWD芯片尺寸越大，Rthjc值越小；模塊尺寸越大，Rthch值越小；散熱器越大，Rthha值越小。

Rthch值的換算：Rthch per arm = Rthchper module × n
Rthch per arm = Rthch_IGBT// Rthch_FWD
Rthha值的換算：Rthha per arm = Rthha × n
其中arm是一個橋臂單元（IGBT+FWD），n是模塊內的橋臂單元數

對于含整流橋的PIM，Rthch的換算可以按Rthjc之間的比例來算。

（1）當損耗以周期性脈沖形式（方波/正弦半波）存在時，模塊表現出熱容性，可用瞬態熱阻抗Zthjc來表示。

（2）Zthjc是一個時間變量（瞬態損耗持續的時間）。時間越長，Zthjc值越大。Zthjc的最大值就是Rthjc。
（3）結溫Tj的波動幅度與Zthjc有關，Zthjc值越大，Tj的波動幅度就越大。

IGBT模塊各個部分的溫差ΔT取決于：

（1）損耗（芯片技術、運行條件、驅動條件）；
（2）熱阻（模塊規格、尺寸）

模塊芯片的結溫是各部分的溫差和環境溫度之和：

Tj = ΔTjc + ΔTch + ΔTha + Ta

如果假設殼溫Tc恒定，則Tj = ΔTjc + Tc；

如果假設散熱器溫度Th恒定，則Tj = ΔTjh + Th。

（1）IGBT的平均結溫取決于平均損耗、Rthjc和殼溫Tc。
（2）在實際運行時，IGBT的結溫是波動的，其波動幅度取決于瞬態損耗和Zthjc，而Zthjc又和運行條件（如變頻器輸出頻率）有關。
（3） IGBT的峰值結溫為平均結溫+波動幅值。

結論：

IGBT的結溫（平均/峰值）和芯片技術、運行條件、驅動條件、IGBT規格、模塊尺寸、散熱器大小和環境溫度有關。

IGBT模塊的安全運行

安全運行的基本條件：

溫度：IGBT結溫峰值 Tj_peak ≤ 125°C（150°C）

模塊規格書給出了兩個IGBT最高允許結溫：

Tjmax = 150°C（175°C*）- 指無開關運行的恒導通狀態下；

Tvj(max) = 125°C（150°C*）- 指在正常的開關運行狀態下。

Tvj(max)規定了IGBT關斷電流、短路、功率交變（PC）所允許的最高結溫。

電壓：Vce ≤ VCES（即IGBT的電壓規格），Vge ≤ VGES（±20V）
電流：由RBSOA規定了在連續開關工作條件下，不超過2×IC,NOM。規格書中的RBSOA定義了IGBT所允許關斷的最大電流。