作者：趙佳，來源：英飛凌工業半導體

在IGBT數據手冊中，顯眼的位置都會給出最大額定電壓的定義，例如：

FF450R12ME4中關于最大額定電壓的定義

我們常常被告誡：實際應用中，IGBT集電極電壓絕對不能超過額定值，否則器件有可能被擊穿。

然后有的同學并不死心：如果我只超了一點點呢，1210V就會擊穿嗎？如果只是一個非常短非常短，比如只有1us的脈沖呢？功率器件也沒那么脆弱啊對不對？

要回答這個問題，我們真的給它加上過電壓試試！

我們把1200V IGBT門極和發射極連接在一起，在集電極和發射極之間施加電壓，并且逐步增加電壓值，同時觀測漏電流。當漏電流急劇上升時，我們稱器件發生了雪崩擊穿。

為什么會發生雪崩擊穿？

在IGBT結構中，P阱和N襯底會形成一個PN結。集電極和發射極之間加電壓時，相當于給PN結加了一個反向電壓，PN結兩邊形成空間電荷區。當PN結反向電壓增加時，空間電荷區中的電場隨之增強。這樣通過空間電荷區的電子，就會在電場作用下，不斷的加速。當電場增加到一定臨界值，自由運行的電子獲得的速度將足以撞擊出其它原子里的電子，產生自由電子和空穴。而新產生的自由電子又會撞擊其它原子，繼續產生自由電子和空穴。一撞十，十撞百，百撞千，就像滾雪球一樣，IGBT內部載流子迅速增加，流過PN結的電流也急劇增大，這種碰撞電離導致擊穿就稱為雪崩擊穿。

發生雪崩擊穿后器件一定損壞嗎？

發生雪崩擊穿后器件一定損壞嗎？并不是。功率器件都有一定的雪崩耐量。對于設計良好的IGBT來說，如果雪崩時我們能夠把電流控制在很低的水平，即雪崩能量不超該器件的臨界能量，那么雪崩擊穿是可逆的，可以反復多次測試。而且一般功率器件實際的雪崩擊穿電壓，都會比標稱的額定電壓留有一定裕量。

FF600R17ME4的雪崩擊穿曲線，實際擊穿電壓為2000V

好的，既然器件設計中耐壓會有一定的裕量，雪崩后器件也不一定損壞，那電壓稍微超一點也不用擔心了對不對！

不對！首先要明確的一點是，上述雪崩擊穿測試是靜態測試，即在器件未開啟，沒有導通電流時進行測試，這時器件內部只有少量的自由電子。而實際應用中，最常出現過電壓的情況，是在IGBT關斷時，快速變化的di/dt在回路雜散電感上產生感應電壓，疊加在母線電壓上，使IGBT集電極承受比較高的電壓尖峰。

在這個過程中，IGBT依然有很大的電流流過，器件內部充盈著大量的電子和空穴。多余載流子變相降低了襯底的電阻率，使襯底的臨界電場遠低于靜態條件下的臨界電場，也就是動態下的雪崩擊穿電壓要遠小于靜態下的雪崩擊穿電壓。這時如果集電極出現比較高的電壓就容易發生動態雪崩擊穿。

好吧，那我就不開關IGBT，總可以多加點電壓了吧？也不是！要知道，數據手冊上給出的額定電壓，是指25℃結溫條件下，IGBT阻斷電壓不低于這個值。但IGBT的阻斷電壓是隨溫度的降低而降低的。25℃時額定電壓1200V的器件，在零下40℃的條件下，額定電壓可能就只有1100V了。另外海拔也是制約IGBT阻斷電壓的一個因素。海拔越高，宇宙射線引起的失效概率更高，而更高的母線電壓會加劇這種失效。所以高海拔應用時一般要做電壓降額。

現在明白了吧，好好對待你的IGBT，多給它留點裕量。此外還要盡量降低環路雜感電感，避免產生過高的電壓尖峰。如果雜感很難降低，也要加點保護，比如有源鉗位、兩電平關斷、吸收電容。詳細內容見后篇分解。

審核編輯 黃宇