最後更新:2026年10月8日功率半導體功率元件・電力電子中國大陸:短路耐量

短路耐受能力(短路耐受時間)是什麼

Short-circuit Withstand Capability

短路耐受能力是指功率半導體因負載短路等原因同時承受高電壓與大電流時,能在不損壞的情況下承受的能力,以發生破壞前的時間(短路耐受時間tsc)表示。工業用IGBT一般約為10μs,SiC MOSFET則短至數μs左右,因此須以閘極驅動器的去飽和偵測(DESAT)等方式在數μs內進行保護。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

短路耐受能力是指功率半導體因負載短路等原因,同時承受電源的高電壓與大電流時,能在不損壞的情況下承受的能力。通常以從短路發生到元件破壞為止的時間來表示,也就是在保護電路切斷電流之前所容許的時間(短路耐受時間,tsc)。在馬達驅動用逆變器等可能因配線事故或誤動作而發生短路的應用中,這是很重要的特性。

在正常動作下,電晶體導通時電壓幾乎為零、關斷時電流幾乎為零,因此發熱有限。但一旦發生短路,元件會在承受數百V電壓的狀態下流過額定值數倍~10倍左右的電流,晶片內部產生大量的熱。溫度急遽上升時,會發生元件熱失控、表面電極熔融或閘極破壞。工業用IGBT一般設計成具有10μs左右的短路耐受能力。

SiC MOSFET的晶片小、電流密度高,因此與相同額定的IGBT相比,短路耐受時間較短,多為數μs左右,這是一項課題。因此會利用閘極驅動器監測電晶體導通時的電壓(飽和電壓)來偵測短路的去飽和偵測(DESAT),或以電流感測器進行過電流偵測,在數μs內發現短路並關斷元件。由於突然切斷電流會產生很大的突波電壓,也會搭配緩慢關斷的軟關斷(soft turn-off)。短路耐受能力與導通電阻、切換性能之間存在取捨關係,須在元件設計上取得兩者的平衡。

短路耐受能力(短路耐受時間)的常見問題

什麼是短路耐受時間?
是指功率半導體進入短路狀態,也就是在承受高電壓的同時流過大電流的狀態後,到發生破壞為止的時間。保護電路必須在這段時間內偵測到短路並切斷電流,工業用IGBT一向以10μs左右作為一個參考標準。
為什麼SiC MOSFET的短路耐受時間較短?
因為SiC MOSFET的晶片比相同電流額定的矽IGBT小、電流密度高,短路時的發熱集中在晶片的小體積內,使溫度快速上升。因此會使用內建更高速短路偵測與保護功能的閘極驅動器。

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