不同壳温下SOA曲线的计算方法

作者： 邱玉强，英飞凌工业半导体

安全工作区(SOA)定义为IGBT可以预期在没有自损坏或退化的情况下工作的电流和电压条件，分为正向偏置和反向偏置安全工作区（FBSOA和RBSOA）。正向偏置安全工作区(FBSOA)定义了IGBT开启期间的可用电流和电压条件。反向偏置安全工作区(RBSOA)定义了IGBT关断期间的可用电流和电压条件。在实践中，SOA曲线是工程师的重要参考之一。工程师必须考虑到所有的极限工况，同时保证器件的工作时的参数都在SOA之内。不仅需要在安全工作区域内使用IGBT，而且还需要控制器件的工作温度。

下图是英飞凌明星产品IKW30N60H3的FBSOA曲线：

其中SOA右边框为IGBT耐压限制(蓝色)，上边框是最大安全关断电流限制(红色)：

根据产品规格书最大参数一栏，右边框对应耐压600V，上边框对应最大安全关断电流120A：

注意曲线下方红圈内标注的测试条件: D=0,Tc=25℃,Tj<=175℃,VGE=15v,表明驱动电压15V，单脉冲条件下，器件壳温25℃同时时最高结温限制在175℃以内。这是一个非常常见的测试条件，但是很多工程师会针对Tc=25℃的设定疑惑不解。因为大部分工作条件下，器件壳温不可能保持在25℃，那么不同壳温下，如果得到我们需要的SOA曲线？下面介绍一种计算方法供大家参考。

我们把IGBT壳温设定在100℃，这是实际应用中很常见的壳温，其他参考条件不变，针对10us单脉冲这条曲线我们展开计算。

首先我们在瞬态热阻表中找到10us脉宽单脉冲对应的瞬态热阻：Zth=0.0125K/W

壳温100℃下对应Tj=175℃下温升：

∆T=175℃-100℃=75℃

计算对应损耗：

我们可以根据SOA曲线的边框分别计算对应的极限电流和电压。

Vce=600V时对应极限电流：

Ic=120A时对应极限Vce:

我们分别在SOA曲线边框找到50V和10A这两个点，如下图：

将这两个点连起来就得到壳温100℃下10us脉冲对应的SOA曲线：

使用同样的计算方法可以得到其他对应的单脉冲限制曲线，如下如：

通过以上计算过程可以看到，SOA曲线其实是受最高结温，瞬态热阻，壳温等多个因素限制，原厂规格书往往只会给出特定壳温下的SOA曲线。当壳温升高时，对应的SOA曲线会下移，相应的安全工作区也会变小，实际设计过程中需要考虑到这一点，针对实际工作运行中的壳温做相应的调整。

审核编辑 黄宇