半导体功率器件失效的原因多种多样。换效后进行换效分析也是十分困难和复杂的。其中失效的主要原因之一是超出安全工作区(Safe Operating Area简称SOA)使用引起的。因此全面了解SOA,并在使用中将IGBT的最大直流电流IC和集电极—发射极电压Vce控制在SOA之内是十分重要的。SOA分为正偏安全工作区(FBSOA)、反偏安全工作区(RBSOA)、开关安全工作区(SSOA)和短路安全工作区(OA)。
IGBT的SOA表明其承受高压大电流的能力,是可靠性的重要标志。
FBSO是处于Vge》阈值电压Vth的输出特性曲线的有源区之内,如图1所示。图1中ABCDO所包围的区域为直流安全工作区。AB段为tc=80℃限制的最大直流电流Ic。B点对应的IC和Vce的乘积等于最大耗散功率Pcm。BC段为等功耗线。CD段为二次击穿限制的安全工作区的边界,此段不是等功耗。随着Vce的增加功耗下降,Vce越高功耗越低。这说明高电压强电场状态更容易出现失效。

由图1可见,随着脉冲宽度减小SOA扩大。这里要说明的是手册给的FBSOA,除SOA之外。一定脉冲宽度下的脉冲SOA,均是单脉冲安全工作区。而且FBSOA只考虑导通损耗,不包括开关损耗。所以FBSOA只适用的A类、B类及短路工作没有开关损耗的工作状态。对于一定脉宽和占空比的连续工作,其安全工作区应使用瞬态热阻曲线的计算来确定。
RBSOA是表明在箝位电感负载时,在额定电压下关断最大箝位电感电流Ilm的能力。Ilm一般是最大DC额定电流的两倍,而额定电压接近反向击穿电压。PT型IGBT和NPT型IGBT的反偏安全工作区略有不同。PT型IGBT的RBSOA是梯形SOA,NPT型IGBT的RBSO是矩形SOA。如图2所示。可见NPT型IGBT。在额定电压下关断箝位电感电流的能力强于PT型IGBT。因此,PT型IGBT不适用于电感负载电路和马达驱动等电路,而且短路持续时间TSC较短,一般不给出短路安全工作区。所以,NPT型IGBT的可靠性高于PT型IGBT。
