IGBT关键特性参数应用实践笔记 v3.0

以下内容发表在「SysPro系统工程智库」知识星球
 

-  关于IGBT关键特性参数应用指南 v3.0版本

- 「SysPro | 动力系统功能解读」专栏内容，全文15500字

-  文字原创，素材来源：infineon, NXP, ROHM,网络

-  非授权不得转载，或进行散播，或用于任何形式商业行为

-  本篇为节选，完整内容会在知识星球发布，详细分布见目录页

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导语：在电力电子领域，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）作为核心功率器件，其性能直接决定了系统的效率与可靠性。本文以英飞凌IGBT模块规格书为切入点，系统解析了规格书的关键参数、核心电气特性、二极管配套参数及热性能指标。通过结合实际工程案例，重点阐述了参数应用中的关键注意事项，例如壳温对电流标定的影响、杂散电感导致的电压过冲、反向恢复电流的损耗机制等。以上内容为关于英飞凌IGBT DataSheet的实践应用笔记，本次是第三次更新 v3.0，较2.0版本，增加了一些实际应用中这些关键参数的理解和应用方法，并进行了案例说明，以辅助我们更好地获取一些系统层面关心的性能数据。本篇在实践工作中有多次用到，或许会有些价值。

图片来源：Infineon

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目录

上篇：额定参数、翻篇工作区、脉冲电流、饱和压降、阈值电压

1. 规格书首页的基本介绍

1.1 规格书首页的基本介绍

1.2 模块命名规则

2 IGBT相关参数

2.1 最大额定值：VCES, VGES, ICnom, ICRM

2.1.1 最大阻断电压值：VCES

2.1.2 最大峰值电压：VGES

2.1.3 标称额定电流值：ICnom

2.1.4 可重复导通峰值电流：ICRM

2.2 反偏安全工作区：RBSOA

2.2.1 可安全关断的最大电流值

2.2.2 可承受的最大电压过冲值

2.3 脉冲电流：ICRM vs. IRBSOA(知识星球发布)

2.3.1 集电极可重复导通的峰值电流：ICRM

2.3.2 可安全关断的最大电流：IRBSOA

2.4 CE级饱和压降：VCEsat(知识星球发布)

2.4.1 定义

2.4.2 VCEsat和哪些因素相关

2.4.3 VCEsat的关键应用价值：IGBT并联

2.5 栅极阈值电压：VGEth(知识星球发布)

2.5.1 定义

2.5.2 VGEth和哪些因素相关

2.5.3 VGEth的关键应用价值：IGBT并联

中篇：IGBT开关特性参数、Diode特性参数

2.6 开关特性参数(知识星球发布)

2.6.1 栅极电荷：QG

2.6.2 内部门级电阻：RGint
 

2.6.3 外部门级电阻：RGext

2.6.4 外部门级电容：CGE

2.6.5 开关时间：tdon, tr, tdoff, tf

2.6.6 开关损耗：Eon, Eoff

2.6.7 短路电流：ISC

2.6.8 短路特性的影响因素

3. Diode相关参数(知识星球发布)

3.1 反向重复峰值电压：VRRM

3.2 正向额定电流值：IF

3.3 正向重复峰值电流：IFRM

3.4 浪涌能力：I2t

3.5 正向压降：VF

3.6 开关特性参数

3.7 二极管的安全工作区（SOA）

3.8 二极管 · 小结
 

下篇：热性能参数、模块级参数、NTC参数

4. 热性能参数(知识星球发布)

4.1 芯片热量的传递路径

4.2 热阻：Rthjc, Rthch

4.3 瞬态热阻抗：Zthjc

4.4 热性能参数 · 小结

5. 模块整体相关参数(知识星球发布)

5.1 绝缘性能参数——模块的“电气安全防线”

5.2 结构与安装参数——模块的“物理连接保障”

5.3 杂散电感LS——模块的“隐形电气干扰源”

6. NTC相关参数(知识星球发布)

注: 本篇为节选，完整内容会在知识星球发布

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01规格书首页的基本介绍

我们先看看规格书的首页。模块规格书的首页，会提供该模块最关键的参数信息：

在首页最上面：模块的具体型号、模块的封装种类、芯片在模块中的电路拓扑、电压电流等级、还有规格书的状态。 在Status of Datasheet，说明了数据类型，一共分为三类：

目标数据：代表工程样品；

初步数据：代表个别数据待定，可以理解成模块已进入量产阶段；

最终数据：代表成熟样品数据。

在首页的下半段，模块的典型应用、突出的电气特性、机械特性、条码信息等。

图片来源：英飞凌

那么，上图中Title中的模块是如何命名的呢？这背后的规则是什么？

以下为模块的命名规则解释：根据产品的具体型号直接识别出模块的电路拓扑、电压及电流等级、封装种类、芯片技术等主要参数信息。

图片来源：英飞凌

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02

IGBT相关参数

下面我们看看规格书的核心内容：以PrimePACK FF1400R17IP4P为例，下图是IGBT模块的技术参数。

图片来源：英飞凌

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2.1 最大额定值：VCES, VGES, ICnom, ICRM

我们逐一解释下上述规格参数的含义，拓展解释下应用中对这一参数要如何理解？

2.1.1 最大阻断电压值：VCES指的是：C 级（集电极）和 E 级（发射极）之间所能承受的最大阻断电压值。注意：这里指模块内部芯片级的电压承受能力，而非模块功率端子上可以施加的最大电压。

这个参数非常关键，一旦实际电压超过了 VCES，芯片就可能像脆弱的玻璃一样被击穿损坏，整个 IGBT 模块也就无法正常工作啦。所以在设计电路和使用 IGBT 模块时，工程师们必须要确保加在 C 级和 E 级之间的电压，时刻都在 VCES 允许的范围内。

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2.1.2 最大峰值电压：VGES

指的是：G 极（栅极）和 E 级（发射极）之间所能承受的最大峰值电压。
 

在 IGBT 模块的运作中，栅极就像是一个 “控制阀门”，控制着电流能否从集电极顺利流向发射极。而 VGES规定了这个 “控制阀门” 能承受的电压极限。如果施加在 G 极和 E 极之间的电压超过了 VGES，就好比阀门承受了过大的压力，可能会导致阀门损坏，进而使得 IGBT 模块的控制功能出现故障。比如在一些高频开关的应用场景中，如果对VGES 这个参数把握不准，很容易因为电压峰值过高而损坏 IGBT 模块，影响整个电路系统的稳定性。

图片来源：ROHM

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2.1.3 标称额定电流值：ICnom 

指的是：模块内IGBT芯片的电流能力，也就是我们通常所说的标称额定电流值。
在 IGBT 模块中，这个数值反映了芯片在正常情况下能够持续稳定通过的电流大小。举个例子，一个 FF450R17ME3 的大功率 IGBT 模块，它内部是由 3 个 150A 芯片并联构成的，所以它的标称值 ICnom 就是 450A 。

需要注意的是，ICnom 是模块在通直流时的理论计算值 ，其计算方法如下：

1. 首先，要假定模块壳温及结温 Tvj |SysPro备注：Tvj 是怎么获得的，后面会详细解释

2. 接着，根据 IGBT 芯片的结壳热阻 RthJC 和特定的理论公式，算出在当前条件下可承受的总功耗 Ptot  |SysPro备注：这里的结壳热阻 R_thJC，就像是热量从芯片内部传递到外壳的 “阻力”，阻力越小，热量越容易传出去

3. 最后，用总功耗 Ptot 除以该条件下对应的 VCEsat 值，就能得出 ICnom 值。

从上面的公式可以看出，ICnom 值的标定是由壳温 TC 及结壳热阻 RthJC 的大小共同决定的。这也解释了我们为什么那么想降低壳温和热阻？同样的芯片及最大结温，只是降低标定条件中的壳温 TC，就可以使得标称电流 ICnom 变大很多。

图片来源：英飞凌

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2.1.4: 可重复导通峰值电流：ICRM
 CE之间可重复导通的峰值电流，一般为 ICnom 值的两倍 。在 IGBT 模块中，当电路出现一些瞬间的大电流需求时，只要这个电流值不超过 ICRM，模块就能正常工作，不会因为电流过大而损坏。例如在电机启动的瞬间，会产生较大的电流冲击，这时就需要 IGBT 模块的 ICRM 能够满足这种瞬间大电流的需求。

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|SysPro备注，一些IGBT选型补充说明：

在选择 IGBT 模块、比较芯片的电流能力时，有个非常重要的点需要特别注意：一定要将不同模块的电流值，根据公式折算到同样的壳温 TC 条件下去比较，这样的比较才有意义！

因为就像前面说的，壳温 TC 对 ICnom 值的影响很大，如果不把壳温条件统一，直接比较不同模块的 ICnom值，得出的结果是不准确的。比如，有两个 IGBT 模块，A 模块在壳温 90℃时 ICnom 是 300A，B 模块在壳温 135℃时 ICnom 是 350A，乍一看好像 B 模块的电流能力更强，但如果把它们都折算到相同的壳温条件下，可能结果就不一样了。所以，在实际的工程应用中，工程师们在选型时必须要进行这样的折算，才能选出真正符合需求的 IGBT 模块。

图片来源：网络

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2.2 反偏安全工作区：RBSOA

反偏安全工作区（RBSOA），简单说就是给 IGBT 模块 “定规矩” ：当 IGBT 模块关断时，只要实际结温没超过允许的最大运行结温 Tvjop，它能重复、安全关断的最大电流值 ，以及能扛住的最大电压过冲值 ，就由这个工作区来界定。这里面设计有两个关键参数，如下图所示：

可安全关断的最大电流值
 

可承受的最大电压过冲值

图片来源：英飞凌

注：Datasheet中注明了Module和Chip各自的IC在不同VCE之间的变化，这里解释下：

• IC, Module：从模块外部测量到的电流（如辅助端子）
• IC, Chip：每个芯片可承受的最大I_C

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下面详细解释下各自的含义和应用中的关键：

可安全关断的最大电流值
 

为ICnom模块标称额定电流的两倍。如下图，模块标称能稳定通 1400A，关断时这个安全关断的最大电流就是 2800A 。

可承受的最大电压过冲值
 

在芯片层面，这个值就是规格书里的 VCES（C、E 极间最大阻断电压）。

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|SysPro备注，实际应用中，要注意下面几点：

1. 由于模块内部从芯片到功率端子之间杂散电感的客观存在，以及电流在关断时的负di/dt存在，从而会造成模块外部端子上和内部芯片上，实际可承受的最大过充电压值的差异ΔV（实际过压会更大）

|SysPro备注，举个例子：假设芯片级 VCES 是 1200V，模块内部杂散电感 L=20nH，关断时 di/dt = 1000A/μs ，根据 ΔV = -di/dt × L ，算出来 ΔV = -1000A/μs × 20nH = -20V（负号代表电压变化方向 ），那外部端子实际过压可能就变成 1220V ，比芯片级的 VCES 更高，这就得多留意！

2. ΔV=-di/dt ×L，从这里可以看出：关断时侯电流值越大，-di/dt也越大，这也会导致ΔV上升，实际应用中要特别注意这个差异。

3. 我们在做双脉冲测试（模拟 IGBT 开关过程的测试）时，重点要关注这个 ΔV 会不会飙升，要是超太多，模块可能就扛不住 “电压颠簸” 导致损坏！ 

图片来源：参考文献[下文]

|SysPro备注，关于这一点曾多次在文章中提及过，参考：电驱系统双脉冲测试，从入门到工程实践全解析：测试目的/原理/策略、器件选型/电路优化/时间参数计算、实践指南

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2.3 脉冲电流：ICRM vs. IRBSOA

(知识星球中发布)

通过2.2章节中定义的IGBT反偏安全工作区，我们发现IRBSOA电流也是2800A，即ICnom的两倍，在2.1中我们提到过ICRM也是ICnom的两倍，这两者有什么区别呢？主要是表征的物理意义不同，我们详细说明下。2.3.1 集电极可重复导通的峰值电流：ICRM...2.3.2 可安全关断的最大电流：IRBSOA...
 

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2.4 CE级饱和压降：VCEsat 
 

(知识星球中发布)

2.4.1 VCEsat 定义...

2.4.2 VCEsat和哪些因素相关...

2.4.3 VCEsat 的关键应用价值：IGBT并联...

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2.5 栅极阈值电压：VGEth

(知识星球中发布)

2.5.1 VGEth定义...

2.5.2 VGEth和哪些因素相关...

2.5.3 VGEth的关键应用价值：IGBT并联...

 

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中篇：IGBT开关特性参数、Diode特性参数

2.6 开关特性参数

（知识星球中发布）

2.6.1 栅极电荷：QG...2.6.2 内部门级电阻：RGint...2.6.3 外部门级电阻：RGext...

扩展：驱动电阻的选值方法...
 

2.6.4 外部门级电容：CGE...
 

2.6.5 开关时间：tdon, tr, tdoff, tf  ...

2.6.6 开关损耗：Eon, Eoff ...

2.6.7 短路电流：ISC ...

2.6.8 短路特性的影响因素 ...

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03

Diode相关参数

二极管作为 IGBT 模块的重要配套器件，其参数特性直接影响整个电路的可靠性和效率。以下结合与 IGBT 参数的类比，详细解释二极管的核心参数及实际应用注意事项。

3.1 反向重复峰值电压：VRRM
 

VRRM，反向重复峰值电压，俗称二极管的 “反向耐压极限”，是二极管能承受的最大反向重复峰值电压 ，即二极管在反向截止状态时，允许重复施加的最高电压。

图片来源：英飞凌

和 IGBT 的 VCES 类似，这个参数是在结温 25℃ 条件下定义的（结温升高时，实际耐压能力可能略有下降），如下图所示：

图片来源：英飞凌

这个参数，在实际应用中的意义在于：防止二极管因反向电压过高而击穿。例如，车规级模块中，二极管需承受电机回馈或电源波动产生的反向电压，VRRM 必须大于实际可能的最大反向电压。

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3.2 正向额定电流值：IF
 

（知识星球中发布）

IF， 正向额定电流值，俗称二极管的 “长期载流能力”，是二极管在通直流时的标称额定电流 ，即长期稳定工作时能通过的最大正向电流...

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3.3 正向重复峰值电流：IFRM
 

（知识星球中发布）

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3.4 浪涌能力：I2t
 

（知识星球中发布）

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3.5 正向压降：VF
 

（知识星球中发布）

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3.6 开关特性参数
 

（知识星球中发布）

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3.7 二极管的安全工作区（SOA）

（知识星球中发布）

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3.8  二极管小结

二极管的参数特性与 IGBT 有诸多相似之处（如耐压、额定电流、峰值电流），但反向恢复特性是其独有的关键指标，直接影响系统效率和可靠性。

选型时需结合实际工况（如电流、温度、开关频率），确保所有参数均在规格书规定的范围内，尤其注意反向恢复损耗和 SOA 限制，避免因瞬态应力导致损坏。

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下篇：热性能参数、模块级参数、NTC参数

04

热性能参数

4.1 芯片热量的传递路径

（知识星球中发布）

下面是我们聊聊热性能相关参数。

当IGBT或二极管芯片上导通电流时，芯片自身会产生损耗（如导通损耗、开关损耗），这些损耗最终会转化为热量，导致芯片温度升高。热量要“逃离”芯片，需要经过一条固定的路线，即热传递路径：  芯片 → DBC层 → 模块基板 → 散热器 → 空气及周边环境......

图片来源：英飞凌

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4.2 热阻：Rthjc, Rthch 

（知识星球中发布）

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4.3 瞬态热阻抗：Zthjc

（知识星球中发布）

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4.4 热性能参数 · 小结

热性能参数是评估IGBT模块可靠性的核心：热传递路径描述热量“去哪里”，Rthjc和Rthch量化传递阻力（稳态散热能力），Zthjc则描述动态脉冲下的散热特性。理解这些参数，才能通过损耗计算准确评估芯片结温，避免因过热导致模块损坏。实际应用中，需注意Rthch的实际值会优于规格书假设，而Zthjc需结合开关频率和脉冲宽度综合分析。

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05

模块整体相关参数

下面是模块整体相关参数的介绍。
 

模块作为一个完整的功率器件单元，其整体参数直接影响电路的安全性、可靠性和开关性能。核心参数主要包括绝缘性能、结构安装参数和杂散电感三大类。我们逐一聊聊。

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5.1 绝缘性能参数——模块的“电气安全防线”  

（知识星球中发布）

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|SysPro备注，关于这块做过专题解读，可以参考文章：

电气间隙与爬电距离全面解析：定义指南、标准解读、案例分析

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5.2 结构与安装参数——模块的“物理连接保障”  

（知识星球中发布）

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5.3 杂散电感（LS）——模块的“隐形电气干扰源”  

（知识星球中发布）

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图片来源：英飞凌

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06

NTC相关参数

（知识星球中发布）

大部分英飞凌IGBT模块内置负温度系数（NTC）热敏电阻，用于实时监测模块温度，保障热保护功能可靠运行。 我们先看看NTC的核心参数与作用...

图片来源：英飞凌

 

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以上内容为关于英飞凌IGBT DataSheet的实践应用笔记（节选），本次是第三次更新 v3.0，较2.0版本，增加了一些实际应用中这些关键参数的理解和应用方法，并举例进行了案例说明，以辅助我们更好地获取一些系统层面关心的性能数据。本篇在实践工作中有多次用到，或许会有些价值。