高压IGBT芯片换流运行的热稳定性分析

为保证高压绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)器件换流运行时的热稳定性，需要根据IGBT芯片的电热特性和器件的散热设计，确定芯片运行的热稳定工作区，从而指导器件的运行条件控制。虽然针对芯片动静态损耗的热稳定性分析已经发展了许多年，但目前针对高压芯片的相关研究还较少。首先，通过实验测量了3.3 kV非穿通(Non-Punch Through, NPT)型和场截止(Field Stop, FS)型IGBT芯片的动静态特性，获得并分析了温度、电流及电压对动静态损耗特性的影响规律。在此基础上，给出了IGBT芯片的损耗拟合公式，通过对器件内部的热反馈过程进行分析，提出了具有解析形式且包含占空比、换流频率及电压电流等器件运行工况的IGBT芯片的热稳定性判据。根据所提的判据，分析了高压NPT型和FS型IGBT芯片的换流运行的热稳定性，可方便确定IGBT芯片在不同的换流条件下的最大工作频率和最大工作电流，简化了高压IGBT芯片的热稳定性分析，并可为高压器件的选型和损耗评估提供依据。