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IGBT的开关频率上限有多高？

文章来自：青岛佳恩半导体有限公司

IGBT是个功率器件，它的开关频率上限并不是一个确定的值。

首先，开关频率是指IGBT在一秒钟内开关次数。而在确定的母线电压和导通电流下，IGBT每次开关都会产生一定的损耗，开通损耗是Eon，关断损耗是Eoff，还有二极管反向恢复也有损耗Erec。

IGBT的开关频率越高，开关次数就越多，损耗功率就也高，那乘以散热器的热阻后，IGBT的温升也越高，如果温度高到超出了IGBT的上限，那IGBT就失效了。具体你们可以看我之前发的关于IGBT热设计的文章。

但是损耗是和电压电流成正比的，如下图所示。

假如用一个很大标称电流的IGBT工作在一个小的电流下，那这个大IGBT的开关损耗功率和导通损耗功率就都会减小，那么这个大IGBT就更有可能用在更高的开关频率。

很多新手有个误区，他们原话是这么说的，“小管子发热小，大管子发热大，你看那大IGBT模块发热功率都上千瓦，那分离IGBT芯片才几瓦。。。”

其实他刚好说反了，在同一个电压等级下同样技术的芯片，标称电流越大的说明导通电阻越小，因此才能通更大的电流啊。

总而言之，IGBT的开关频率最高到多少，取决于在此工况下IGBT的结温会不会超上限。只要你有钱，巴菲特都能陪你吃饭，所以只要不惜成本3300V也能工作在50kHz硬开关。。。你不信？有图有真相。

所以说别再问我IGBT最高的最高开关频率了，只要你有钱，随便超频。

虽然有钱可以为所欲为，但是违反物理极限的事情还是有钱也做不到的。那什么是物理极限呢？那就是IGBT的开关速度。

刚才说了开关频率是IGBT在一秒内开关的次数，而且IGBT每个开关周期里还有占空比，比如说1kHz开关频率，50%占空比，那控制型号发出的方波从开通到关断的时间就是0.5毫秒。如下图。

但是你以为你发了0.5毫秒的方波，IGBT就能同步开0.5毫秒？不能，IGBT很迟缓，一般同等技术水平下的IGBT芯片，标称电压越高的IGBT越迟缓。

这个迟缓时间就是开关延迟，定义方法如下图。

一般都是关断延迟比开通延迟长，所以一个半桥上下桥臂的IGBT在开关状态切换时，需要一个死区时间，就是上下两个IGBT同时处于关断状态。否则就会出现上下桥臂直通短路的情况。

死区时间主要取决于关断延迟比开通延迟长了多少（当然还要有冗余）。

一般常见的3300V IGBT的死区时间都在10us以上。

以上文中的例子，50kHz对应一个周期是20us，假设是半桥DCDC，占空比50%，那一次开通时间只有10us，再减去10us死区时间，这个IGBT就不用开通了，只能永远保持关断状态。

因此这就是IGBT的物理极限，关断延迟和死区时间导致的频率极限。但是这个极限比实际应用的开关频率高出很多，因此平时并没有意义去讨论这个问题，除非你真的要用3300V的IGBT工作在50kHz。（在大部分实际应用中3300V的IGBT开关频率都是1kHz左右，超过2kHz就非常少见了。）

IGBT的频率可以有多高？虽然极限取决于死区时间，但是实际中主要还是取决于散热和电流，不提散热和电流张开就问开关频率，这是许多小白司机常犯的错误。