反偏安全工作区RBSOA指的是在规定条件下，IGBT在关断期间能够同时承受的最大集电极电流ICmax和最高集电极-发射极电压VCEmax而不发生失效的区域。也就是，当栅极-发射极电压为0或负值时（VGE≤0），在箝位负载电感和额定电压下，关断最大箝位电感电流ILmax而不失效的工作区域。
机制
RBSOA模式中，栅压偏置≤0，对于N沟道的IGBT结构，在电压上升期间中，集电极电流维持不变。在高电场下空穴以饱和漂移速度在空间电荷区中运动，集电极电压由深Pwell区和N-漂移区之间的PN结所形成的空间电荷区承担。
在具有感性负载电路中关断时，空间电荷区中的空穴电流密度是：
决定空间电荷区中电场分布的净正电荷为：
由于在关断模式中正电荷变成大于衬底施主浓度，这就增强了深Pwell和N-漂移区之间PN结的电场，在关断模式电场的增强比在电流饱和模式期间更大，导致与FBSOA相比，RBSOA的电场分布更差。
那么与空间电荷区净电荷相关的雪崩击穿电压为：
这个击穿电压是要小于衬底掺杂浓度所带来的击穿电压值，这是因为空间电荷区中存净正电荷N+增大，BVRBSOA随着集电极电流密度的增加而减小。因RBSOA被PNP晶体管的电流增益所限制，使得雪崩电流增大。
RBSOA的表征
在集电极电压略低于上式计算得到的击穿电压时，如果已经发现集电极电压在关断期间变大，此时也可认为IGBT已经发生了破坏性失效，这可归因为因在关断期间发生的附加位移电流触发了闩锁。这可以用深Pwell和N-漂移区的PN结电容来进行评价。
由于在关断过程中没有电子电流分量，由P+集电区注入的空穴电流在器件截面变得均匀。空穴电流和栅极下的位移电流使得N+发射极和Pwell之间的结正偏，导致寄生晶体管发生闩锁导通。
下式则是确定RBSOA界限的闩锁依据：
式中的空穴电流分量与初始导通电流密度相关：
Z是器件垂直于截面的平面尺寸。因位移电流的作用类似于寄生PNP晶体管的基极驱动电流一样，下式给出了位移电流分量：
Pwell区域电阻可表达为：
因在关断开始瞬间结电容最大，位移电流也就越大。最不利的情况如下：
Won是导通时的耗尽层。由于在导通状态时空间电荷区内的空穴浓度大，对于N-漂移区这个耗尽层宽度甚至比零偏压下的耗尽层宽度还要小。
所以，结合上式，限制集电极电流密度的RB表达式为：
这个表达式清晰地阐述了，如果在关断期间dVCE/dt过大，会限制集电极电流密度减小。而通过改变栅极驱动电阻来改变集电极电压变化率，可以改善RBSOA表现。
下图是一个IGBT芯片在关断过程中作为dVCE/dt的函数的IGBT的RBSOA界限。从这个图中可以看到，当PNP晶体管的电流增益更大时，RBSOA的电流密度退化。
在大集电极电压时，在导通过程期间雪崩倍增可能会变得非常明显。因IGBT结构工作在大电流密度下，由BVRBSOA表达式可知，如果存在较大的空穴电流密度，元胞区域的击穿电压就会变小。则此时器件元胞区域的耐压就会低于芯片边缘终端区域的耐压。此时击穿电压将会从IGBT芯片的边缘终端移动到有源区内，并且击穿电压会受到元胞结构拐角电场聚集的影响。
总结
在IGBT关断过程中，如果VCE上升太快，即dVCE/dt过高，会导致IGBT发生动态闩锁。所以dVCE/dt越高，RBSOA越小。
值得注意的是，在感性负载电路中，IGBT开通时VCE还没有完全下降，IC就已经达到了负载电流Iload。在具有续流作用时，IGBT中的电流还要达到IC+IRRM（IRRM为续流二极管的最大反向恢复电流），因此在开通过程中也会存在大电压和大电流的状态。
如您对我们的产品感兴趣，欢迎联系
我们将为您提供高效、贴心的解决方案！
咨询电话：135 1009 9916（微信同号）
↓ ↓ 点击图片免费领取产品规格书 ↓ ↓ 
想深入了解碳化硅功率器件产品知识？点击→「碳化硅（SiC）课堂」获取详情！
