揭秘IGBT短路与过电流的复杂机制
IGBT面对短路与过电流，其响应各具特色。让我们一一解析三种主要的短路类型：
短路 II 特别考验IGBT的峰值电流控制能力，避免超过额定电压，确保其安全运行。
在二极管反向恢复过程中，电流的贡献复杂难测，动态短路峰值电流惊人，对于不同制造商的IGBT，影响相似。在短路 III 中，IGBT主要受反向恢复影响，可能导致二极管故障，而IGBT本身可能保持正常。短路的危害直接体现在IGBT发射区的烧毁，往往伴随着大面积的损伤。现代IGBT通过优化设计，如低注入比和沟道参数，降低了限制电流短路的能力（ISC），但平面IGBT虽饱和电流较低，短路性能却与传统IGBT相当。新一代IGBT的短路电流限制更低，结合高掺杂p阱，其电阻极低，提高了应对短路的能力。
尽管BT器件的短路强度强大，但随着技术进步，对短路脉冲关闭时间的限制逐渐提升。中压IGBT在高温下承受反复短路高达一万次，而1200V IGBT的热容量减少，对热能吸收更为敏感。高压IGBT的短路限制主要受制于温度，不适用于低电压环境，温度升幅较小。6.5kV IGBT的短路能力则取决于直流母线电压和起始结温，而4.5kV IGBT在1200V到1800V电压区间内短路能力最低。
3.3kV IGBT在1000V电压条件下短路能力最弱，高压IGBT在集电极侧短路时，虽然会形成电场峰值，但不会引发二次击穿。通过增加p型发射区，能提升器件的耐用性。过电流关断是关键，早期IGBT的限制电流是额定电流的两倍。关断后，电子电流转变为空穴电流，形成空穴流经p型层。动态雪崩过程中，电子-空穴对的生成和高电场可能引发二级雪崩。IGBT的电场分布变化和二极管有所不同，右侧的p层起着决定性作用。空间电荷区的形成依赖于空穴和电子的平衡，NPT-IGBT则避免了三级动态雪崩。IGBT的关断过程可能涉及SSCM，但高p型集电区的注入比有助于稳定。图12-43揭示了3.3kV IGBT在过电流关断和动态雪崩后，电场应力如何上升到4000V，逼近静态雪崩击穿电压，以及空穴电流如何稳定电流波形，而动态雪崩则可能产生显著应力，如图所示。