探索FGHL50T65MQDT：650V、50A场截止沟槽IGBT的卓越性能

在电子工程领域，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）一直是功率转换和控制应用中的关键组件。今天，我们将深入探讨ON Semiconductor推出的FGHL50T65MQDT场截止沟槽IGBT，这款产品凭借其出色的性能和特性，在众多应用中展现出了巨大的潜力。

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产品概述

FGHL50T65MQDT采用了场截止（第4代）中速IGBT技术，并与全额定电流二极管共封装。它具有650V的耐压和50A的电流能力，适用于多种高功率应用场景。

产品特性

温度特性与电流能力

• 高结温承受能力：该IGBT的最大结温可达(T_{J}=175^{\circ}C)，这使得它能够在高温环境下稳定工作，大大扩展了其应用范围。
• 正温度系数：正温度系数特性使得该IGBT易于并联操作，能够有效提高系统的电流处理能力，实现更高功率的输出。
• 高电流能力：具备50A的额定电流和650V的耐压，能够满足大多数中高功率应用的需求。

低饱和电压

在(I{C}=50A)的条件下，典型的集电极 - 发射极饱和电压(V{CE(Sat)}=1.45V)。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。而且，所有产品都经过了(I_{LM})测试，确保了产品的一致性和可靠性。

开关性能

• 平滑优化的开关特性：FGHL50T65MQDT的开关过程平滑，能够有效减少开关损耗和电磁干扰，提高系统的稳定性和可靠性。
• 参数分布紧密：紧密的参数分布保证了产品在批量应用中的一致性，降低了系统设计的难度。
• RoHS合规：符合RoHS标准，意味着该产品在环保方面也满足要求，符合现代电子设备的发展趋势。

典型应用

FGHL50T65MQDT适用于多种应用场景，包括太阳能逆变器、UPS（不间断电源）、ESS（储能系统）、PFC（功率因数校正）和转换器等。在这些应用中，IGBT的性能直接影响到整个系统的效率和可靠性。

电气特性分析

最大额定值

参数	符号	值	单位
集电极 - 发射极电压 (V_{CES})	650	V
栅极 - 发射极电压 (V_{GES})	±20	V
瞬态栅极 - 发射极电压	±30	V
集电极电流（(T_{C}=25^{\circ}C)）	(I_{C})	80	A
集电极电流（(T_{C}=100^{\circ}C)）	50	A
脉冲集电极电流（注1）	(I_{LM})	200	A
脉冲集电极电流（注2）	(I_{CM})	200	A
二极管正向电流（(T_{C}=25^{\circ}C)）	(I_{F})	60	A
二极管正向电流（(T_{C}=100^{\circ}C)）	50	A
脉冲二极管最大正向电流	(I_{FM})	200	A
最大功耗（(T_{C}=25^{\circ}C)）	(P_{D})	268	W
最大功耗（(T_{C}=100^{\circ}C)）	134	W
工作结温和存储温度范围	(T{J},T{STG})	-55 to +175	(^{\circ}C)
焊接用最大引脚温度（距外壳1/8英寸，5秒）	(T_{L})	260	(^{\circ}C)

从这些最大额定值中，我们可以看出该IGBT在电压、电流和温度方面都有明确的限制，在设计应用电路时，必须严格遵守这些参数，以确保产品的安全和可靠性。

电气特性

关断特性

• 集电极 - 发射极击穿电压 (BVCES): 在(V{GE}=0V)，(I{C}=1mA)的条件下，击穿电压为650V，这保证了IGBT在高压环境下的可靠性。
• 击穿电压温度系数 (\triangle BV{CES}/\Delta T{J}): 典型值为(0.6V/^{\circ}C)，表明击穿电压会随着温度的升高而略有增加。
• 集电极 - 发射极截止电流 (ICES): 在(V{GE}=0V)，(V{CE}=650V)的条件下，最大截止电流为250(\mu A)，低截止电流意味着在关断状态下，IGBT的功耗较低。
• 栅极泄漏电流 (IGES): 在(V{GE}=20V)，(V{CE}=0V)的条件下，最大栅极泄漏电流为+400nA，栅极泄漏电流小可以保证栅极驱动电路的稳定性。

导通特性

• 栅极 - 发射极阈值电压 (V_{GE(th)}): 在(V{GE}=V{CE})，(IC = 50 mA)的条件下，阈值电压范围为3.0 - 6.0V，这是IGBT开始导通的关键参数。
• 集电极 - 发射极饱和电压 (V_{CE(sat)}): 在(V_{GE}=15V)，(IC = 50 A)，(TJ = 25°C)的条件下，典型饱和电压为1.45V；在(TJ = 175°C)时，饱和电压为1.65 - 1.8V。低饱和电压可以降低导通损耗。

动态特性

• 输入电容 (C_{ies}): 在(V{CE}=30V)，(V{GE}=0V)，(f = 1 MHz)的条件下，典型输入电容为3335pF，输入电容的大小会影响栅极驱动电路的设计。
• 输出电容 (C_{oes}): 典型值为105pF。
• 反向传输电容 (C_{res}): 典型值为11pF。
• 栅极总电荷 (Q_{g}): 在(V{CE}=400V)，(I{C}=50A)，(V_{GE}=15V)的条件下，典型栅极总电荷为99nC，栅极电荷的大小会影响IGBT的开关速度。
• 栅极 - 发射极电荷 (Q_{ge}): 典型值为17nC。
• 栅极 - 集电极电荷 (Q_{gc}): 典型值为24nC。

开关特性

不同的结温、集电极电流和栅极电阻条件下，IGBT的开关特性有所不同。例如，在(T{J}=25^{\circ}C)，(V{CC}=400V)，(I{C}=25A)，(R{G}=6\Omega)，(V{GE}=15V)的条件下，开通延迟时间(t{d(on)})为19ns，上升时间(t{r})为11ns，关断延迟时间(t{d(off)})为96ns，下降时间(t{f})为58ns，开通开关损耗(E{on})为0.47mJ，关断开关损耗(E{off})为0.29mJ，总开关损耗(E{ts})为0.77mJ。了解这些开关特性对于优化系统的开关频率和效率至关重要。

二极管特性

• 二极管正向电压 (V_{F}): 在(I{F}=50A)，(T{J}=25^{\circ}C)的条件下，典型正向电压为1.65V；在(T_{J}=175^{\circ}C)时，正向电压为1.55V。
• 二极管开关特性: 在不同的结温、集电极电压和电流变化率条件下，二极管的反向恢复能量、反向恢复时间、反向恢复电荷和反向恢复电流等参数也会有所不同。例如，在(T{J}=25^{\circ}C)，(V{CE}=400V)，(I{F}=25A)，(di{F}/dt = 1000A/\mu s)的条件下，反向恢复能量(E{rec})为65(\mu J)，反向恢复时间(T{rr})为44ns，反向恢复电荷(Q{rr})为387nC，反向恢复电流(I{rr})为18A。

典型特性曲线分析

输出特性曲线

从典型输出特性曲线（(T{J}=25^{\circ}C)和(T{J}=175^{\circ}C)）可以看出，在不同的栅极 - 发射极电压(V{GE})下，集电极电流(I{C})随集电极 - 发射极电压(V{CE})的变化情况。随着温度的升高，相同(V{GE})下的(I_{C})会有所减小，这与IGBT的温度特性有关。

饱和电压特性曲线

典型饱和电压特性曲线展示了在不同结温下，集电极电流(I{C})与集电极 - 发射极电压(V{CE})的关系。可以看到，随着结温的升高，饱和电压会略有增加。

转移特性曲线

典型转移特性曲线反映了在不同结温下，集电极电流(I{C})随栅极 - 发射极电压(V{GE})的变化情况。这有助于我们了解IGBT的导通特性和阈值电压的变化。

电容特性曲线

电容特性曲线展示了输入电容(C{ies})、输出电容(C{oes})和反向传输电容(C{res})随集电极 - 发射极电压(V{CE})的变化情况。不同的电容值会影响IGBT的开关速度和驱动电路的设计。

栅极电荷特性曲线

栅极电荷特性曲线反映了在不同的集电极电压(V{CC})下，栅极 - 发射极电压(V{GE})与栅极电荷(Q_{g})的关系。这对于设计栅极驱动电路，控制IGBT的开关速度和损耗非常重要。

开关特性曲线

开关特性曲线展示了开通和关断时间、开关损耗随栅极电阻(R{g})、集电极电流(I{C})和结温(T_{J})的变化情况。通过这些曲线，我们可以优化栅极驱动电路的参数，以实现最佳的开关性能。

二极管特性曲线

二极管的正向特性曲线展示了正向电流(I{F})与正向电压(V{F})的关系，而反向恢复特性曲线则反映了反向恢复电流(I{rr})、反向恢复时间(T{rr})和反向恢复电荷(Q{rr})随二极管电流斜率(di{F}/dt)的变化情况。这些特性对于设计包含二极管的电路非常重要。

封装尺寸

FGHL50T65MQDT采用TO - 247 - 3L封装，这种封装具有良好的散热性能和机械稳定性。详细的封装尺寸信息如下表所示：

尺寸	最小值（mm）	标称值（mm）	最大值（mm）
(A)	4.58	4.70	4.82
(A1)	2.20	2.40	2.60
(A2)	1.40	1.50	1.60
(D)	20.32	20.57	20.82
(E)	15.37	15.62	15.87
(E2)	4.96	5.08	5.20
(e)		5.56
(L)	19.75	20.00	20.25
(L1)	3.69	3.81	3.93
(\phi P)	3.51	3.58	3.65
(Q)	5.34	5.46	5.58
(S)	5.34	5.46	5.58
(b)	1.17	1.26	1.35
(b2)	1.53	1.65	1.77
(b4)	2.42	2.54	2.66
(C)	0.51	0.61	0.71
(D1)	13.08
(D2)	0.51	0.93	1.35
(E1)	12.81
(\phi P1)	6.60	6.80	7.00

在设计PCB时，需要根据这些封装尺寸进行合理的布局和布线，以确保IGBT的正常工作和散热。

总结

FGHL50T65MQDT场截止沟槽IGBT凭借其高结温承受能力、低饱和电压、平滑的开关特性和紧密的参数分布等优点，成为了中高功率应用的理想选择。通过对其电气特性、典型特性曲线和封装尺寸的详细分析，我们可以更好地理解该产品的性能和应用要求，从而在实际设计中充分发挥其优势，实现高效、可靠的功率转换和控制。在实际应用中，电子工程师们还需要根据具体的应用场景和系统要求，对栅极驱动电路、散热设计等进行优化，以确保系统的性能和可靠性。你在使用类似IGBT产品时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。