IGBT模塊反向恢復現象

IGBT模塊的反向恢復現象是指在IGBT關斷時，其內部集成的續流二極管(FWD)從正向導通狀態轉變為反向截止狀態過程中出現的一些特定物理現象和電氣特性變化。

一、現象表現

1.反向電流峰值

當IGBT關斷瞬間，續流二極管承受反向電壓，原本正向導通時存儲在二極管中的大量少子電荷不能立即消失，這些電荷在反向電場作用下形成反向電流，使反向電流迅速上升到一個峰值。

2.反向恢復時間

從IGBT開始關斷到反向電流下降到規定的微小值(如峰值的10%)所經歷的時間，稱為反向恢復時間，它包括電流上升階段的時間和電流下降階段的時間。

3.電壓過沖

在反向恢復過程中，由于反向電流的快速變化，會在電路中產生電感效應，導致續流二極管兩端出現電壓過沖現象，即反向電壓會超過電源電壓，可能對IGBT模塊及其他電路元件造成損害。

4.這里給出兩個測試條件下的反向恢復能耗特征值：

(1)Tj=25度;(2)Tj=125度。電流均為IF,NOM(模塊的標稱電流)。

二、產生原因

1.少子存儲效應

在續流二極管正向導通時，P區的空穴注入到N區，N區的電子注入到P區，這些注入的少子在各自的區域內存儲起來。當二極管承受反向電壓時，這些存儲的少子需要通過復合或漂移的方式消失，從而形成反向恢復電流。

2.PN結電容效應

續流二極管的PN結存在結電容，在反向恢復過程中，結電容需要進行充電和放電，這也會影響反向電流的變化和反向恢復時間。

三、反向恢復現象影響

1.增加開關損耗

反向恢復過程中，電流和電壓的變化會導致額外的能量損耗，使IGBT模塊的開關損耗增加，降低了電路的效率，同時也會使模塊發熱加劇。

2.限制開關頻率

反向恢復時間的存在限制了IGBT模塊的開關頻率。如果開關頻率過高，在反向恢復還未完成時就進行下一次開通，會導致反向恢復電流與正向電流疊加，進一步增加損耗，甚至可能損壞IGBT模塊。

3.產生電磁干擾

反向恢復過程中產生的電壓過沖和電流突變會產生高頻電磁噪聲，對周圍的電子設備產生電磁干擾，影響其他電路的正常工作。

四、改善措施

1.優化二極管結構

采用先進的半導體工藝，如采用緩沖層結構、優化P區和N區的摻雜濃度等，減少少子存儲，從而縮短反向恢復時間，降低反向恢復電流。

2.選擇合適的材料

選用新型的半導體材料，如碳化硅(SiC)等，SiC二極管具有比傳統硅二極管更短的反向恢復時間和更低的反向恢復電流，可有效改善反向恢復現象。

3.電路設計優化

在電路中加入合適的吸收電路，如RC吸收電路、RCD吸收電路等，通過吸收反向恢復過程中產生的能量，抑制電壓過沖和電流突變，減小反向恢復對電路的影響。