IGBT 等功率器件具有稱為"短路耐受時(shí)間（SCWT：Short Circuit Withstand Time）"的電氣特性（參數(shù)）。通常，在功率元器件處于短路狀態(tài)時(shí)，會(huì)流過大電流并在短時(shí)間內(nèi)造成元器件損壞，但短路耐受時(shí)間意味著在發(fā)生短路時(shí)，可以承受而不至于損壞的時(shí)間，也稱之為"允許的短路時(shí)間"。

功率器件短路，比如 IGBT，是指在集電極和發(fā)射極之間被施加了高電壓（VCC）的狀態(tài)下 IGBT 導(dǎo)通，并且在已導(dǎo)通的 IGBT 中流過很大的集電極電流 IC 的狀態(tài)。這可能是由控制電路故障或某種誤動(dòng)作引起的。

圖1 短路耐受時(shí)間測量用的基本電路和波形示例

圖1是測量短路耐受時(shí)間時(shí)的基本電路和波形示例。當(dāng)將 VCC 施加在關(guān)斷狀態(tài)的 IGBT 上、通過柵極驅(qū)動(dòng)電路使 IGBT 導(dǎo)通時(shí)，電容器中積蓄的電荷會(huì)突然流入 IGBT，經(jīng)過一定時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致IGBT 損壞。到損壞所用的時(shí)間因 VCC 電壓、溫度、封裝類型等因素而異，大致為數(shù) μs～數(shù)十 μs。在試驗(yàn)中，通過控制柵極驅(qū)動(dòng)電路并逐漸增加導(dǎo)通時(shí)間來確認(rèn)器件是否損壞， 并重復(fù)此操作來測量直到損壞所用的時(shí)間?；蛘撸梢酝ㄟ^確認(rèn)產(chǎn)品在規(guī)定的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)沒有損壞來做出合格與否的判斷。

上圖波形圖中的產(chǎn)品是 ROHM 的 IGBT RGS 系列（圖2為該系列產(chǎn)品之一），最短的短路耐受時(shí)間為 8μs。當(dāng) IGBT 根據(jù)柵極信號(hào)導(dǎo)通（短路）時(shí)，會(huì)流過集電極電流；當(dāng)它在 13.5μs 后根據(jù)柵極信號(hào)關(guān)斷時(shí)，集電極電流被切斷，這個(gè) IGBT 并沒有損壞， 這證明在這個(gè)測試條件下，這款 IGBT 能夠承受 13.5μs 的短路時(shí)間。當(dāng)然，8μs 的保證值是有余量的。集電極電壓在短路和關(guān)斷后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)下降和上升，這取決于電容器到 IGTB 的集電極引腳之間的寄生電感的充電和放電，之后集電極電壓會(huì)恢復(fù)至 VCC。受發(fā)熱的影響，集電極電流會(huì)隨著時(shí)間的經(jīng)過而減少。

圖2 羅姆RGS60TS65HR，車載用溝槽式場截止型 IGBT

如果在短路過程中 IGBT 損壞，基本上初期會(huì)發(fā)生短路故障，所以電流會(huì)幾乎沒有限制地持續(xù)流過 IGBT，集電極電壓=VCC 將下降到幾乎接地水平。當(dāng)然，即使向柵極發(fā)送關(guān)斷信號(hào)，也不會(huì)關(guān)斷 IGBT 并切斷集電極電流。在試驗(yàn)或評(píng)估過程中 IGBT 損壞的情況下，如果不及時(shí)切斷電流，可能會(huì)因過電流而發(fā)熱，甚至冒煙，在某些情況下還可能會(huì)起火，非常危險(xiǎn)。因此，必須采取足夠的安全對(duì)策，比如為 VCC（電源）設(shè)置適當(dāng)?shù)碾娏飨拗啤?br style="box-sizing: border-box;"/>

短路耐受時(shí)間是保護(hù)功率器件、外圍電路和所連接元器件的重要參數(shù)。使用功率器件的電路中通常都配有針對(duì)過電流等風(fēng)險(xiǎn)的保護(hù)電路。當(dāng)功率器件處于短路狀態(tài)時(shí)，保護(hù)電路會(huì)檢測出這種狀態(tài)并執(zhí)行保護(hù)工作，但是從檢測出來到啟動(dòng)保護(hù)工作之間需要 MCU 系統(tǒng)處理等時(shí)間，如果這個(gè)時(shí)間足夠長，就可以進(jìn)行切實(shí)可靠的處理。也就是說，短路耐受時(shí)間是確保系統(tǒng)保護(hù)功能啟動(dòng)所需的時(shí)間，該時(shí) 間越長，系統(tǒng)處理的余量就越大，從而有助于提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

此外，短路耐受時(shí)間越長越有優(yōu)勢，但保證值會(huì)因制造商和產(chǎn)品系列而異。比如前面提到的 RGS 系列 IGBT ，保證值為 8μs（最小值），而另一個(gè) RGT 系列的保證值則為 5μs（最小值）。另外，由于 VCC 和溫度條件各不相同，因此不僅要確認(rèn)值，還要確認(rèn)條件，這點(diǎn)也很重要。

綜上所述，短路耐受時(shí)間是一項(xiàng)重要的參數(shù)，但并非所有的功率器件都會(huì)提供或保證該值。根據(jù)等級(jí)和應(yīng)用的不同，有些產(chǎn)品沒有提供，有些提供了但只是典型值（Typ.），并不是保證值，還有些則明確提供了保證值，所以在使用前需要確認(rèn)技術(shù)規(guī)格書。

文章來源：艾邦半導(dǎo)體