IGBT｜基礎篇
IGBT IPM實例：絕對最大額定值
2025.04.18
重點
・各種項目的絕對最大額定值都是絕對不能超過的值。
・IGBT IPM絕對最大額定值的解釋基本上與半導體元件相同。
・由於絕對最大額定值不是保證產品工作和特性的值，因此設計通常基於推薦工作條件和電氣特性專案中的規格值進行。
在上一篇文章中，我們以實際的IGBT IPM為例，簡要介紹了其規格和功能。在本文中，將介紹IGBT IPM的絕對最大額定值。與上一篇一樣，我們將使用ROHM的第3代IGBT IPM“BM6337xS-xx/BM6357x-xx系列”作為IGBT IPM的範例。
IGBT IPM實例：絕對最大額定值
首先，為了便於理解後續內容，我們先來瞭解一下絕對最大額定值的含義。如果對絕對最大額定值含義的理解不夠充分，可能會導致嚴重的事故，因此無論是設計者還是使用者，都需要對其準確理解和嚴謹應用。在這裡，我們講的是IGBT IPM的絕對最大額定值，但基本上其定義也適用於其他半導體元件。
關於半導體元件的絕對最大額定值的術語定義，原則上遵循“JIS C 7032 電晶體通則”。絕對最大額定值的定義是“即使一瞬間也不可超過的極限值，是不允許任何兩個項目同時達到的極限值”。這可以解釋為“絕對不能超過絕對最大額定值中的任何項目的值”。也即是說，絕對最大額定值沒有容差（容許範圍）。
下方表格中彙整了IGBT IPM的BM63374S-VA絕對最大額定值項目及其解釋說明。希望大家能夠透過這個表格中的內容理解各個專案的含義和作用。表格中出現了一些引腳名稱等稱呼，請參照連結中的技術規格書來瞭解。
當然，在設計中需要確保不超過絕對最大額定值。如果貌似要超過絕對最大額定值，在設計規格無法變更的情況下，可以考慮滿足設計規格要求的IGBT IPM。
逆變器相關 絕對最大額定值
| 項目 | 符號 | 額定值 | 含義和說明 | |
|---|---|---|---|---|
| 電源電壓 | VP | 450V | 在沒有開關工作的狀態下，可在P-NU、NV、NW引腳之間施加的最大直流電壓。如果要超過該電壓，就需要增加限制電路。 | |
| 電源電壓（突波） | VP(surge) | 500V | 在開關工作狀態下，P-NU、NV、NW之間產生的最大突波電壓。如果要超過該電壓，就需要減小母線電感或使用緩衝(Snubber)電路。 | |
| 集極-射極之間的電壓 | VCES | 600V | 可在內建IGBT的C-E之間施加的最大電壓。 | |
| 集極電流 | 直流 | IC | ±15A | TC=25℃時的最大連續直流集極電流。 |
| 峰值 | ICP | ±45A | TC=25℃時的最大脈衝集極電流（1ms以下）。 | |
| 接面溫度 | Tjmax | 150℃ | 內建功率晶片的最高暫態接面溫度為150℃（@TC＝100℃以下），不過為了安全運行，建議平均接面溫度在125℃以下（@TC=100℃以下）。Tj=150℃時，功率晶片不會立即損壞，但其功率循環壽命會減少。 | |
控制相關 絕對最大額定值
| 項目 | 符號 | 額定值 | 含義和說明 |
|---|---|---|---|
| 控制電源電壓 | VCC | 20V | 可在HVIC的HVCC-GND引腳之間和LVIC的LVCC-GND引腳之間施加的最大直流電壓。 |
| 浮動控制電源電壓 | VBS | 20V | 作為高側IGBT驅動電源電壓，可在VBU-U、VBV-V、VBW-W引腳之間施加的最大直流電壓。 |
| 控制輸入電壓 | VIN | -0.5V～VCC+0.5V | 可在HINX-GND引腳之間和LINX-GND引腳之間施加的電壓。(X=U, V, W) |
| 錯誤輸出施加電壓 | VFO | -0.5V～VCC+0.5V | 可在FO-GND引腳之間施加的電壓。 |
| 錯誤輸出電流 | IFO | 1mA | 在FO-GND引腳之間流動的灌電流。 |
| 電流檢測輸入電壓 | VCIN | -0.5V～+7.0V | 可在CIN-GND引腳之間施加的電壓。 |
| 溫度輸出引腳電壓 | VOT | -0.5V～+7.0V | 可在VOT-GND引腳之間施加的電壓。 |
自舉(Bootstrap)二極體相關 絕對最大額定值
| 項目 | 符號 | 額定值 | 含義和說明 |
|---|---|---|---|
| 反向電壓 | VRB | 600V | 可對內建自舉(Bootstrap)二極體施加的最大電壓。 |
| 接面溫度 | TjmaxD | 150℃ | 內建功率晶片的最高暫態接面溫度為150℃（@TC＝100℃以下），不過為了安全運行，建議平均接面溫度在125℃以下（@TC=100℃以下）。 |
系統整體 絕對最大額定值
| 項目 | 符號 | 額定值 | 含義和說明 |
|---|---|---|---|
| 電源電壓自我保護範圍（短路） | VP(PROT) | 400V | 在VCC=13.5V～16.5V、2µs以內、非反覆條件下，當IGBT處於短路或過電流狀態時，利用保護功能安全關斷IGBT時所需的最大電源電壓。 |
| 模組工作溫度 | TC | -25℃～＋115℃ | 在功率晶片正下方的TC測量點，透過在散熱器上加工凹槽等措施，用熱電偶測量得到的值。*參見下圖中的“TC測量點”。 |
| 絕緣耐壓 | Viso | 1500Vrms | 散熱面的陶瓷表面與所有引腳（短路）之間的絕緣耐壓。當使用平面型散熱器時，考慮到散熱器與引腳之間存在放電的可能性，絕緣耐壓為1500Vrms。當使用如下圖右側所示凸形散熱器並加寬散熱器與引腳之間的距離時（建議2.5mm以上），絕緣耐壓滿足2500Vrms。產品已在使用凸形散熱器的條件下、以絕緣耐壓2500Vrms取得UL認證。 |
＜TC測量點＞
前面已經對絕對最大額定值做了介紹，但絕對最大額定值只是額定值，表明IGBT IPM可以承受該值範圍內的部分，但並不是保證正常運行的值。技術規格書中提供的“推薦工作條件”和“電氣特性”專案中的“規格值”是保證正常工作和特性的值。在考慮使用條件時，需要將絕對最大額定值與這些值進行比較加以考慮。
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