深入解析 ON Semiconductor FGH4L50T65SQD IGBT

在电力电子设备的设计中，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）扮演着至关重要的角色。今天，我们就来详细探讨 ON Semiconductor 的 FGH4L50T65SQD 这款 650V、50A 的场截止型 IGBT，看看它能为我们的设计带来哪些优势。

文件下载：onsemi FGH4L50T65SQD 650V 50A高速IGBT.pdf

一、IGBT 简介与 FGH4L50T65SQD 概述

IGBT 结合了 MOSFET 的高输入阻抗和双极晶体管的低导通压降特性，广泛应用于需要高效功率转换的领域。FGH4L50T65SQD 采用了新颖的场截止 IGBT 技术，属于第 4 代场截止型 IGBT 系列，专为太阳能逆变器、UPS、电焊机、电信、ESS（储能系统）和 PFC（功率因数校正）等对低传导和开关损耗有严格要求的应用而设计。
 

电路图

二、产品特性

1. 高温性能与并联特性：该 IGBT 的最大结温 $T_J$ 可达 175°C，并且具有正温度系数，这使得多个 IGBT 并联工作时更加容易，能够有效避免因温度差异导致的电流不均衡问题，提高了系统的可靠性和稳定性。
2. 低饱和电压：在 $IC = 50A$ 时，典型饱和电压 $V{CE(Sat)}$ 仅为 1.6V。低饱和电压意味着在导通状态下，IGBT 的功率损耗更低，能够提高系统的效率，减少发热，延长设备的使用寿命。
3. 高电流能力：它具备高达 200A 的脉冲电流承受能力，能够应对瞬间的大电流冲击，适用于对电流要求较高的应用场景。
4. 其他特性：高输入阻抗、快速开关速度、紧密的参数分布，并且该器件无铅，符合 RoHS 标准，满足环保要求。

三、电气特性

1. 绝对最大额定值

在使用 FGH4L50T65SQD 时，必须严格遵守其绝对最大额定值，超过这些值可能会损坏器件，影响其可靠性。例如，集电极电流 $IC$ 的最大连续值为 50A，脉冲电流 $I{CM}$ 最大为 200A 等。这里需要注意的是，某些参数的值可能会受到一些条件的限制，如 $I_{CM}$ 受键合线的限制。

2. 热特性

热特性对于 IGBT 的性能和可靠性至关重要。该器件的 IGBT 结到外壳的热阻 $R{JC(IGBT)}$ 最大为 0.56°C/W，二极管结到外壳的热阻 $R{JC(Diode)}$ 最大为 1.25°C/W，结到环境的热阻 $R_{JA}$ 最大为 40°C/W。在设计散热系统时，需要根据这些热阻参数来确保器件的温度在安全范围内。

3. 静态特性

• 截止特性：集电极 - 发射极击穿电压 $B{VCES}$ 为 650V，在 $V{GE} = 0V$，$IC = 1mA$ 时，温度系数为 0.6V/°C。集电极截止电流 $I{CES}$ 在 $V{CE} = V{CES}$，$V{GE} = 0V$ 时为 250μA，栅 - 发射极泄漏电流 $I{GES}$ 在 $V{GE} = V{GES}$，$V_{CE} = 0V$ 时为 ±400nA。
• 导通特性：G - E 阈值电压 $V_{GE(th)}$ 在 $IC = 50mA$，$V{CE} = V{GE}$ 时，典型值为 4.5V。集电极 - 发射极饱和电压 $V{CE(sat)}$ 在 $IC = 50A$，$V{GE} = 15V$ 时，典型值为 1.6V，在 $T_J = 175°C$ 时为 1.92V。

  4. 动态特性

  在不同的测试条件下，该 IGBT 表现出了良好的开关特性。例如，在 $V_{CC} = 400V$，$I_C = 25A$，$RG = 15Ω$，$V{GE} = 15V$，$TJ = 25°C$ 的电感负载条件下，开通延迟时间 $T{d(on)}$ 为 22.40ns，上升时间 $Tr$ 为 11.20ns，关断延迟时间 $T{d(off)}$ 为 162ns，下降时间 $Tf$ 为 8ns，开通开关损耗 $E{on}$ 为 0.28mJ，关断开关损耗 $E{off}$ 为 0.20mJ，总开关损耗 $E{ts}$ 为 0.48mJ。随着集电极电流和温度的变化，这些参数也会相应改变。

四、二极管特性

该 IGBT 内部集成的二极管也具有良好的性能。在 $I_F = 30A$，$TJ = 25°C$ 时，二极管正向电压 $V{FM}$ 典型值为 2.1V，在 $T_J = 175°C$ 时为 1.8V。在电感负载下，其反向恢复特性也较为出色，如在 $TJ = 25°C$，$V{CE} = 400V$，$I = 15A$，$diF/dt = 1000A/μs$ 时，反向恢复能量 $E{rec}$ 为 11μJ，反向恢复时间 $T_{rr}$ 为 25ns，反向恢复电荷 $Qr$ 为 175nC，反向恢复电流 $I{rr}$ 为 14A。

五、典型特性曲线

文档中给出了一系列典型特性曲线，如输出特性、饱和电压特性、转移特性、电容特性、开关特性与栅极电阻和集电极电流的关系等。这些曲线能够帮助我们更直观地了解该 IGBT 在不同工作条件下的性能表现，为电路设计和参数优化提供重要参考。例如，通过饱和电压与结温的关系曲线，我们可以预测在不同温度下 IGBT 的导通损耗，从而合理设计散热系统。

六、封装信息

FGH4L50T65SQD 采用 TO - 247 - 4LD 封装，这种封装具有良好的散热性能和机械稳定性。文档详细给出了封装的尺寸信息，包括各个引脚的间距、长度等参数，方便我们进行 PCB 设计和布局。

七、总结与思考

FGH4L50T65SQD 凭借其先进的场截止 IGBT 技术和出色的电气性能，为太阳能逆变器、UPS 等应用提供了一个优秀的功率开关解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，综合考虑其各项特性，合理选择工作参数，确保系统的性能和可靠性。同时，我们也需要关注其热管理问题，通过优化散热设计，充分发挥该 IGBT 的优势。大家在使用过类似的 IGBT 器件时，有没有遇到过一些特殊的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。